自1907年第一次日、俄协定签订，直至第一次世界大战以前，日本对东亚大陆的侵略野心，主要是与沙俄分割我国东北，俄占北满，日占南满。欧战爆发后，日本侵略势力伸展至我国山东及南洋群岛。1917年俄国的十月社会主义革命爆发，引起世界东、西方各帝国主义的仇视。1918年2月苏俄与德国单独媾和，帝国主义列强遂有联合进攻苏俄西伯利亚的打算。日本帝国主义认为这是实现其“大陆政策”的第三步计划——占领中国东北的大好时机。早在1917年11月，日本侵略分子川上俊彦在对俄国进行了4个月的考察之后，即向日本外相本野一郎提出了一份报告，建议如果苏俄政府与德国单独媾和，日本至少要占领满洲北部及直至贝加尔湖沿岸的俄国远东领土。次年1月，日本参谋本部和陆军省联合成立了军事共同委员会，由参谋次长田中义一主持，开始拟定出兵西伯利亚的各种方案，并着手出兵的准备工作。为全面实现这一侵略计划，日本必须首先取得派兵进驻中国东北三省的合法依据。日本政府的如意算盘是：以诱骗的手段，同北京政府缔结一个军事协定，建立牢固的“日中同盟”，根据“日中同盟”，在军事上，可以“协同作战”为借口，使日军取得自由向中国领土派兵的权利，从而窃据北满，继而霸占整个东三省和外蒙古，并远征西伯利亚，实现其囊括东亚大陆的野心；又以“相互支援”为名，参与编练中国军队，控制和掌握中国的军火工业原料，并力求“握得中国之中央军权”。在政治上，积极干涉中国内政，扶植亲日势力。在经济上，以“同盟协作”的名义，掠夺中国资源，占领市场，以同英、美侵华势力竞争。总之，是企图利用中、日结盟的关系，将中国在政治上、军事上、经济上完全置于日本的控制之下，最终实现它把中国变为日本独占殖民地的野心。
苏俄与德国单独媾和后，日本即以所谓防止德、奥势力经由西伯利亚东侵为借口，展开了诱使段祺瑞政府缔结中、日军事协定的活动。1918年2月5日，田中义一对中国驻日公使章宗祥提出：鉴于德、奥势力东渐，中、日两国必须在军事上“共同行动”，“切实筹防”。章宗祥立即报告北京政府。此时因南方护法战争的打击和直、皖两系军阀矛盾的深入发展，段祺瑞内阁已经倒台，但段仍任参战督办，皖系骨干段芝贵任陆军总长，所以北京政府的军事大权仍掌握在皖系军阀手中。当国务总理王士珍就中、日关系事征询段的意见时，段当即表示；对日应“以热诚相待”，并与之“达成完满之协定”。与此同时，北京政府的日本军事顾问青木宣纯和军事研究员坂西利八郎连续对代总统冯国璋及王士珍进行游说，诱使他们承认缔结中、日军事同盟的重要性。冯国璋在日本和段祺瑞皖系军阀的双重压力下，终于接受了中、日两国在军事上采取共同行动的建议。2月22日，北京政府电示驻日公使章宗祥，表示了这个意向，但提出中、日军事合作仅限于中国国境之外，中国境内防务仍由中国军队自己承担。这代表了冯国璋为首的直系军阀的态度。日本的目的在于霸占中国东北，对冯国璋的主张当然不满，外相本野对章宗祥表示：中、日既决定共同行动，便没有必要分彼此界限，并诱骗说：“日本此时对于中国实无野心，设中国仍不免怀疑，则共同声明等于形式”，“深望中国当局放开胸襟……切实共同提携”。2月26日，田中义一又向章宗祥提出了两项解决办法：（1）先由两国外交当局缔结共同行动之协约，其余军事布置由两国军事当局再商。（2）先由军事当局商定军事布置，“外交当局但与认可，俟时机再定”。这两项办法的要旨在于避开北京政府而直接同中国军事当局商订缔结中、日军事同盟问题。因当时北京政府军事大权掌握在皖系手中，避开北京政府，即可绕开直系的反对，直接与皖系打交道。
此时期直、皖矛盾急剧发展，由于北洋军在南方与护法军交战失利，皖系及北洋主战派军阀强烈要求冯国璋下讨伐令，皖系甚至勾结奉系军队人关，拟发动政变，赶冯国璋下台。冯被迫向皖系妥协，将中、日军事协定的交涉事务交由段祺瑞主持。3月2日，北京政府电示章宗祥，表示接受田中义一两项办法中的第二项办法，“由两国军事当局各委专员共同规划”。3月23日，段祺瑞重新出任国务总理。25日，按照日本所定的调子，中、日两国互致中、日共同防敌换文。换文大意是：中、日两国政府，“因敌国（指德、奥）实力之日见蔓延于俄国境内”，威胁远东和平，两国政府应就两国陆、诲军共同防敌之战略范围进行协商。本野立即复函表示同意，并作了一项特别声明，表示“因共同防敌”的目的在中国境内之日本军队“俟战事终了后应一律由中国境内撤出”。双方换文后，“共同防敌”的具体条款，即交由两国军事委员进行协商。中国方面派出皖系军阀、果威将军靳云鹏、海军中将沈寿垄；日本方面由日驻华公使馆武官斋藤季次郎、日本海军少将吉田增次郎分别担任陆军和海军的协商委员长，并各派协商委员若干人。5月16日，靳云鹏与斋藤季次郎在北京签订《中日陆军共同防敌协定》12条；19日沈寿堃与吉增次郎在北京签订《中日海军共同防敌军事协定》九条；9月16日陆军部次长徐树铮与斋藤季次郎又议定《关于中日陆军共同防敌军事协定实施上必要之详细协定》七条。这些协定的主要内容为：中、日两国采取“共同防敌”行动；日本军队在战争期间可以进驻中国境内；在军事行动区域的中国当局对日军“须尽力协助，使不生军事上之窒碍”，中、日双方应相互提供武器和军需品；在军事行动区域之内，设置谍报机关，相互交换军事地图及情报；若必要往中国境外派遣军队时，“两国应协同派遣”；中国军队参与日本在西伯利亚的军事行动，“应人日本军司令指挥之下”；中国军队及军需品经南满铁路运输者，交由日方负责，而日军须经中东铁路运输者，“中日应设协同机关”负责等等。这些协定表面上都载有中、日双方“彼此推诚亲善，同心协力”、“互相尊重其平等”，相互提供方便等词句，但实际上，因所谓“共同军事行动”，不过是适应日本向中国东北及苏俄西伯利亚扩张的单方面军事行动，中国并无主动出击之所谓军事行动，所以一切所谓“共同”、“相互”字样，其实只是中国单方面为日本提供战争所需要的一切人力、物力、财力；而且日军可以借口共同防敌，任意进入中国领土、领海。占用中国各项军事设施，而中国当局则必须与日军合作，提供一切方便条件。这就为日本帝国主义出兵侵占我国东三省北部并攫取中东铁路权益提供了依据。
根据中、日军事协定，日本立即派兵侵占我国东北。1918年8月16日，日本单方面宣布出兵北满，很快侵入哈尔滨、满洲里、齐齐哈尔等地。又据吉林将军孟恩远11月11日报告，日本在中东铁路沿线的某些地区驻扎了军队，并在哈尔滨设立兵站总监，东北铁路的交通运输和电信等由日本野战交通部主管。此外，蒙古、新疆也有日本军人侵入。如当年10月18日新疆督军杨增新向北京政府报告：日军已派出九名“调查员”来到新疆，分赴塔城、伊犁、喀什等地进行调查，并准备在肃州（酒泉）、迪化（乌鲁木齐）驻兵。总之，中、日军事协定的签订，为日本侵略中国大开方便之门，日本军国主义的铁蹄可以任意践踏中国的领土主权。按照其实际后果来看，它比“二十一条”尤为凶恶，所以它的签订激起全国人民的激烈反对。早在中、日军事协定秘密交涉过程中，《京津泰晤士报》和北京《晨钟报》等报纸，已陆续透露了中、日共同防敌换文的内容及秘密谈判中、日军事协定的消息。4月下旬，上海37个商民团体联合致电北京政府，反对中、日军事密约。广东护法军政府伍廷芳、陆荣廷等人联合致电冯国璋，质问是否有中、日密约之事，声明若有，“应请严行拒绝”。5月上旬，消息传到日本，各省留日学生纷纷召开大会，坚决反对中、日密约，并有1200余人回国，在北京、上海、天津等地从事宣传鼓动，呼吁全国人民反对中、日密约。5月19日，北京《大中华日报》刊载了中、日军事协定的全文，次日北京大学全体学生集会，声讨北京政府亲日卖国的罪行，紧接着，北京大学、北京高等师范学校、工业专门学校、法政专门学校等校学生2000余人，齐集总统府请愿，要求废除军事密约，天津、上海、福州等地学生也分别向各地当局请愿，要求废除军事协定。但是，段祺瑞为了得到日本的贷款和武器，不顾全国舆论的反对，反而加速了与日本秘密谈判的进程，迅速签订了中、日军事协定，而且为了迅速生效，双方议定，仅以换文形式代替批准手续。5月29日在北京互相完成交换手续后，协定立即生效。按照中、日共同防敌军事协定规定，该协定“俟中、日两国对于德、奥敌国战争状态终了时，即失其效力”，可是1918年11月11日第一次世界大战结束时，日本帝国主义和北京政府（此时段祺瑞任参战督办）都有意延长协定的有效期限，故1919年2月5日由徐树铮和日本陆军代表又签订了延长军事协定的协约，将“对于德、奥战争状态终了之时”解释为战后各国缔结和平条约，并经中、日两国批准，中、日两国及协约各国的军队均由中国境外撤退之时，以致使中、日共同防敌军事协定一直延长到1921年1月27日才宣告废止。
