1931年9月18日，日本關東軍悍然發動九一八事變，進攻東北軍駐地北大營。東北軍倉惶撤退，唯有620團團長王鐵漢拒不執行命令，奮起抵抗。

9月18日晚上，王鐵漢正在團部，柳條湖爆炸后，他首先認為是地雷爆炸。但是五分鐘后，北大營西墻外傳來槍炮聲。王鐵漢感覺事態并不尋常，當即給旅部打電話，得知旅長王以哲去了沈陽城內，又得知619、621兩團已向東山嘴子撤退。王鐵漢認為在未接到命令之前，不能擅自行動，于是只好就營房及已有的簡單工事，做戰斗準備。

19日凌晨1時40分，日軍向620團營房接近，炮兵也開始轟擊營房。此時東北邊防軍參謀長榮臻打來電話，詢問情況，并嚴令“不準抵抗”，還指示“將槍彈繳庫”。王鐵漢當即回答：“敵人侵吾國土，攻吾兵營，斯可忍，則國格、人格，全無法維持。而且現在官兵憤慨，都愿與北大營共存亡。敵人正在炮擊本團營房，本團官兵勢不能持槍待斃。”榮臻又問：“你為什么不撤出？”王鐵漢回答：“只接到‘不抵抗，等候交涉’的指示，并無撤出的命令。”榮臻又指示說：“那么你就撤出營房，否則你要負一切責任。”電話隨即中斷。

王鐵漢正在組織全團準備撤退的時候，敵人向620團第2營開始攻擊，王鐵漢當即下令還擊，指揮部隊與日軍的戰斗一直持續到凌晨4點，斃傷敵人40余名，620團第5連連長陳顯瑞負傷，士兵傷亡19人。王鐵漢見第7旅的官兵們已全部撤出北大營，便留下姜明文帶領的9連擔任掩護任務，自己率領620團北路編隊撤出北大營，在山城鎮及東豐縣附近對部隊收容整頓，于9月29日前往錦州，后撤往北平（今北京）。

在中國的一再要求下，國聯大會于1931年12月10日決議組成以英國人李頓為首的國聯調查團，前往中國東北調查九一八事變的情況。1932年6月10日上午10時，王鐵漢隨同王以哲在北京飯店接受李頓調查團詢問。當時，調查團曾向王鐵漢問“你們攻擊日軍的理由是什么”這個問題，王鐵漢則回答：“我們并沒有進到日軍所在地的兵營，向之攻擊，而是日軍侵犯吾國土，攻擊吾兵營，我軍被迫還擊，是自衛的必要手段。”聽此回答，李頓頷首，意大利人馬克迪說：“這是正當行動。”