客观上讲，战场上的这一幕是非常讽刺的：参加战争的韩国人分为两批，一批跟在日本人的后面为做狗腿子，一批跟在中国人的后面狐假虎威。但毕竟跟着东北军作战拥有正统名义和道义上的优势，因此随着东北军展开攻心战，大批的伪韩军士兵纷纷溜过来“弃暗投明”。另外，李垠表面上对日本人十分温顺服从，但内心里也希望韩国能光复，虽然他不可能亲自率领部队临阵倒戈（李垠的身边有监视他的日本顾问，同时他的妻子也是日本人，并且夫妻感情非常好），但对自己部下向东北军投降的行为，李垠睁一只眼闭一只眼，不但不阻止，甚至还默许和怂恿。
在这样的情况下，伪韩军投降得更欢了。几天的“激战”下来，伪韩军第1旅团的死伤人数只有一千多，但“失踪”的人数却达到两千多，至于“失踪”是什么意思，各方都心知肚明。正式参战一星期不到，伪韩军第1旅团就失去了战斗力，因为超过一半的官兵都在战场上跑了，而第2、第3旅团的情况也差不多。东北军抓到的伪韩军俘虏和投降的伪韩军足足超过五千人。韩国临时政府获悉后，急忙派人赶来接收和改编这些伪韩军。韩国光复军在本溪战役中几乎全军覆没，如何取得兵源并重建武力是金九等人最头疼的事情（张学良严厉不允许韩国临时政府招募中国境内的朝鲜族中国人参加韩国光复军），这些伪韩军都是受过日军训练的，自然是捡现成的最佳兵源。在战场上临阵倒戈的伪韩军换了一套军服后，改变阵营和立场的他们立刻以“韩国光复军”的身份跟着东北军进攻日军。原本在日军阵地上对东北军开火的伪韩军转眼间跑到了东北军的阵地上并对日军开火。
这场战争进行到三月中旬的时候，已经基本进入了尾声。虽然东北军在东线战场上发动的攻势也是节节得手，但日军这4个基本满员的师团进行负隅顽抗仍然较为坚固，而在日本国内，反战声音已经越来越猛烈。由于裕仁天皇旗帜鲜明地要求早日结束战争，再加上日军在辽东半岛战场上的惨败使得皇道派的主要首脑、陆军大臣荒木贞夫最终灰头土脸下台，取而代之的是较为温和的川岛义之，支持皇道派和对外扩张的首相平沼骐一郎也被深受裕仁信任的侍从长兼枢密院顾问官铃木贯太郎取代。皇道派的实力和影响力因为东北战事的惨败而江河日下。同属于温和派的川岛义之、米内光政分别担任陆军大臣、海军大臣的日本陆海军已经无意继续战争，即便第3军目前在东线战场上还算支撑得住，但也毫无意义了。另外，裕仁因为日本陆海军的惨败和重大损失而痛心疾首，同时他更加害怕东北军会反攻进朝鲜境内，因此命令首相、陆相、海相迅速结束这场战争。与此同时，铃木贯太郎首相让重光葵在南京谈判桌上进行退让，以“恢复和平并重铸日中亲善友邦关系”。3月20日，谈判的二国三方在谈判桌上达成协议：中日正式停战，日军全面撤离东北，退回到鸭绿江南岸；日本政府向东北政府赔偿1.5亿美元，或者日本政府向东北政府赔偿1亿美元，但把济州岛租借给东北政府，租借期限为20年。
东北方面还特地提出一个条件：东北军向日军投降的所有叛变官兵，都必须交给东北军。
沈阳方面，张学良虽然渴望前线部队再接再厉，但于学忠、王以哲、高维岳、杨杰等前线将领们坦诚地告诉张学良，虽然战果辉煌，但东北军自身也伤亡惨重、损失巨大，前线部队都精疲力尽，继续打下去并不划算，东线战场上的日军可以通过朝鲜半岛源源不断获得物资补充，此时见好就收是最佳的选择。张学良从善如流，同意了这一点。
至于停战条件，为了东北海军的未来考虑，张学良批准了第二条。
4月1日，双方停火。到4月4日时，日军第3军全面撤离东北，退往鸭绿江南岸。至此，中日第二次东北战争全面结束。
在日军全面撤退的过程中，原东北军第108师师长张海鹏、第108师第530团团长郑殿升、第108师第531团团长牛永福、第108师第532团团长杨得生、原第9军军长兼第109师师长于芷山、第109师副师长孙德荃、第4军第119师师长崔兴武、第123师第589团团长李福和、第117师第567团团长邵本良等3000多名叛军官兵都被日军交还给了东北军。在日军自身都自顾不暇的这个时候，哪还会管这些走狗爪牙的死活。尽管张海鹏、于芷山等人请求跟着日军一起撤退到朝鲜半岛，但日军还是把这些叛军都缴械并全部押解交给东北军。第107师师长刘多荃随后奉命率部接收这批叛军。鸭绿江边，已经停火的东北军和日军十分冷淡地进行交接程序。日军匆匆忙忙地开向了江对岸，而在江北岸，被日军缴械并被反绑双手的张海鹏、于芷山等叛军眼看着自己被遗弃，自知即将迎来秋后算账且必死无疑的叛军官兵有的呼天抢地、拼命挣扎，有的面如死灰、瘫倒在地，有的嚎啕大哭、追悔莫及，更多的则是破口大骂正在过江并把他们扔下的日军。铁青着脸过来接收的第107师的官兵们无不用深恶痛绝的眼神看着这些丑态百出的叛军。根据张学良的命令，第107师的官兵们把叛国官兵在鸭绿江边分批集体处决，尸体焚烧后将骨灰都倾入鸭绿江，张海鹏、于芷山、崔兴武等团级以上的军官全部枭首示众。张学良命令把叛军的处决过程用摄像机和照相机拍下来并送到各部队进行播放，以震慑军心。
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