根據現存檔案以及關東軍密信 [3]，由於日本在支持張作霖（如鎮壓郭松齡及入關奪取政權）後希望在中國東北享有各種特權，但張作霖並未盡力履行甚至背棄先前對日本作出的承諾，因而引起日本不滿。在時任日本首相的田中義一拒絕批准關東軍對東北軍進行繳械後，關東軍遂決定私自策劃暗殺張作霖，以打亂奉系的指揮系統，使東北陷入混亂，以便出兵占領[4]。暗殺由關東軍高級參謀河本大作大佐具體制定詳細計劃，奉天特務機關長秦真次、土肥原賢二參與策劃，並由時任關東軍司令官的村岡長太郎中將下達命令；河本大作和村岡長太郎後來亦因皇姑屯事件被編入預備役。據《小磯回憶錄》記載，1928年6月16日河本大作從中國東北回到日本東京，對小磯國昭私下吐露自己是謀殺張作霖的真兇，並在自己死後出版的回憶錄《我殺張作霖》中承認殺死了張作霖。[5]
張作霖死後，日本未能立刻占領滿洲，日本政府為了掩蓋真相，謊稱皇姑屯事件系「南京國民政府之特務」所為。案發之後，日本陸軍省反對公布本案的真相，以免影響日本的國家形象並進一步刺激當時中國強烈的反日情緒，使中日雙方爆發軍事衝突。
有認為這次事件並未受到日本國內最高級別批准而是關東軍策劃執行。日本當時首相田中義一的辭職也被認為與天皇對他處理此事的不滿有關。
1946年，遠東國際軍事法庭審理日本戰犯時，就是將皇姑屯事件視為日本侵華的起點。因為張作霖是當時仍為國際公認的中國國家元首，謀殺一國元首理應是違反國際法，屬戰爭罪行為。根據東京審判記錄田中內閣時期的海相岡田啟介的證詞表明，張作霖一面接受日軍的援助，一面卻在北京向英、美示好，因此被日本陸軍剷除。原日本原陸軍省兵務局局長、陸軍中將田中隆吉作證：「1928年6月3日，在南滿鐵路和京奉線交叉處，河本大作帶領他的手下，爆破了北京開來的列車，張作霖就坐在那輛列車上。第二天，張作霖就死了。」[6]
1945年，河本大作在日本投降後投靠閻錫山。1949年，解放軍攻取太原之後，河本大作作為日本戰犯被捕。1952年，經審訊之後，他詳細交代了策劃炸死張作霖的全過程。1955年，河本大作死於太原日籍戰犯管理所。