日本帝国主义对东北区的影响“近水楼台”，后来居上。日俄战争（1904～1905年）后，形成日、俄势力以长春为界的对峙局面。以后，日本利用帝俄正处在革命前夜，无力东顾的时机，以“南满铁道株式会社”为基础，积极经营南部的铁路与矿山，加紧开采抚顺、本溪和鞍山的煤矿与铁矿，并建立新型的炼铁高炉。后来日本从原苏联手中获得中东路全部经营权，东北区大量农产品和矿产品，从大连港源源不断地运往日本，然后再从日本运入工业产品，这使东北区的经济日益依附于日本。
1931年“九一八”事变后，东北完全沦为日本的殖民地。日本几乎垄断了整个东北的经济命脉，并以东北作为侵略全中国和亚洲大陆的跳板和军火生产基地。为此，在东北也出现了一些依赖性很强的重工业。这些工业部门的内部以及各工业部门之间的关系很不协调，产品多以原料或半成品为主，其实质是日本的附属加工厂。当时，东北轻工业的发展相当迟缓，仅有一些纺织（大连、金州为主）、榨油（铁路沿线各大城市）、面粉（哈尔滨、齐齐哈尔、长春等城市）、制糖（阿城、范家屯）、卷烟（沈阳、长春、哈尔滨）、造纸和纸浆（吉林、营口）、人造丝木浆（石岘、开山屯）等以农业原料加工为主的轻工业，它们都分布在原料产地，而且基本上掌握在日本人手中，依附性同样很大。
日本控制东北以后，又新修铁路4 000多公里，形成了有利其控制全区并易与日本联系的铁路网。大连港通过铁路可控制东北全区。另外，丹东、集安、图们等地都有铁路经过朝鲜可与日本联系。
日本对东北经营的重点在南部，重要的采矿、冶金以及机械和军事工业，都分布在沈阳及其以南地区，而北部则主要是采煤、森林采伐和少数有色金属矿的开采。农业生产水平和铁路网的密度也都是南部高于北部，形成比较明显的南北地区差异和北部对南部的附属地位。
日本的侵占，使东北区割断了与祖国大陆正常的经济联系，并成为当时世界上最典型的深度殖民地化依附性极强的经济地域。
1945年日本战败投降，东北区域的国际国内地缘关系发生了根本变化。在国内，结束了与祖国大陆隔绝的状态，回到统一的中国；在国际，结束了对日本的殖民地依附关系，开始了由原苏联援建东北重工业基地的新阶段。
“一五”、“二五”时期，由原苏联援建的156项工程中，有54项分布在东北。以这些重点工程为核心，在全国统一计划的部署下，基本上完成了以鞍山钢铁联合企业为中心的东北工业基地的建设，对东北各地的原有工业，如抚顺、阜新和鹤岗的煤炭工业，本溪的钢铁工业，沈阳的机器制造工业，吉林的电力工业，也都得到了改造与扩建。在农业方面，粮食基地与工业原料基地也不断扩大，北大荒出现了机械化水平较高的国营农场群。甜菜基地和亚麻、烟草的种植都有扩大。商品粮、大豆、苹果、柞蚕、甜菜等农产品在全国都占有重要地位。在开发农、林、牧、渔资源的基础上，相应地发展了纺织、食品、木材加工、造纸、水产加工等轻工业部门，初步改变了过去轻工业极端落后的面貌。经过几个五年计划的建设，东北区的经济结构、工业结构、产业布局都发生了根本的变化，以鞍钢为中心的东北工业基地作用大大加强，区内和区际的经济联系也发生重大变化。北部出现了长春、吉林、哈尔滨、齐齐哈尔、牡丹江、佳木斯等新的工业中心。铁路网更加完善，林区和矿区修筑了许多新线。原来殖民性质的经济特征已经消除。东北的工业总产值仅次于华东区，重工业产值高于华东区，已成为全国最大的重工业基地，同时也是全国重要的农林牧业基地。
“三五”和“四五”时期，大庆油田的开发，曾引起东北区经济结构的巨大变化，促进了能源工业、化学工业、炼油工业、轻纺工业、货运和出口贸易的发展，但由于此时国家建设投资重点的转移，再加上国际关系封闭加深，发展速度减缓。进入改革开放时期，受国有经济比重大、国营大型基础工业企业多、大型笨重设备多等制约，向市场经济转轨以及与国际先进技术接轨的难度都较大，出现了老工业基地发展滞后的“东北现象”。但在世界经济一体化和我国全方位开放政策下，将为全面利用东北区所有国际和邻国之间资源、资金、技术、劳务等方面的互利互补关系，发展互利贸易与合作开发，充分利用海洋口岸和陆地口岸，加强与邻国的经贸文化交流，促进东北区域发展带来新的契机。东北区正在新的国内环境和国际地缘环境下，进入区域发展新阶段。