东北军在西安事变后群龙无首，内部发生严重分歧和残杀，后在中共代表周恩来的斡旋下事态得以控制。1937年3月，东北军接受蒋介石提出的东调方案，被分割使用、逐步削弱，最终在抗日战争和解放战争中被肢解、消灭，也有部分部队在战场上起义走向新生。以下是东北军各军的具体结局：
第49军：
淞沪会战中，109师基本打光，后虽经补充，但因蒋介石嫡系排挤，最终名存实亡。
1947年9月，第49军被调往东北参加内战，在辽沈战役中被人民解放军全歼。军长王铁汉逃往台湾，前军长刘多荃留在大陆，全国解放后曾任政务院参事室参事和全国政协委员。
第51军：
在淮河战役、台儿庄战役、武汉会战等战役中表现出色，伤亡惨重但屡立战功。
解放战争时期，第51军被改为整编第51师，1947年1月在枣庄向华东野战军投降。牟中珩在1948年9月的济南战役中被俘。于学忠建国后曾任第一届全国政协委员等职。
第53军：
在平汉线、武汉会战等战役中损失惨重，后参加远征军对日作战，为打通滇缅公路作出贡献。
解放战争时期，1948年11月，军长周福成在辽沈战役中率部投诚。万福麟逃往台湾，原副军长黄显声在1949年11月27日被国民党特务杀害。
值得一提的是，1937年10月10日，第53军116师346旅691团在团长、共产党员吕正操的带领下改编为人民自卫军，北上冀中平原打游击，后正式编为八路军序列，吕正操创建的冀中平原抗日根据地创造了辉煌的游击战争史。
第57军：
在江阴、镇江、南京、台儿庄等战役中表现英勇，伤亡惨重。
1940年9月，军长缪徵流与日军签订秘密协定，被111师师长常恩多和333旅旅长万毅（均为中共地下党员）获悉后发动兵变，缪徵流仓皇出逃。蒋介石撤销了57军番号，111师、112师直接由鲁苏战区指挥。
1942年8月3日，111师一部在常恩多、万毅和郭维城的率领下起义，参加八路军，后改编为八路军滨海支队，在解放战争和抗美援朝战争中屡立战功。
第67军：
在大城防线、松江保卫战等战役中表现英勇，军长吴克仁为国捐躯，是抗战开始后正面战场上第一位为国捐躯的国民党军中将军长。
然而，67军被诬蔑为“叛乱投敌”，蒋介石取消了67军番号，缩编为108师，拨归中央军王敬久的第25军。解放战争时期，108师所在的25军在淮海战役中被全歼。
骑兵第2军：
在晋绥前线、豫皖边等地与日军作战，损失较大。
抗战胜利后，骑兵第2军开赴济南。1946年，被改为第96军，骑兵第2军的番号不复存在。
