除上述实验外，731部队以活人为材料的细菌战实验还有：人血和马血换用实验，即将马血注入人的动脉血管里，或把人血注入马体内，观察人、马及其血液的变化。真空环境实验，即将人塞进密封的实验室内，用真空泵将实验室内的空气抽净，然后观察人窒息直至死亡的变化过程。人体倒挂实验，即将人头在下、脚在上地倒挂着吊起来，观察人受折磨而死的过程。移植手术实验，即将人的手、脚互换接肢，或将直肠直接连在胃上，或将肝、脾、胃摘除。梅毒传染实验，多在女“实验材料”身上进行。细菌武器性能实验，即用步枪、手枪对着纵向排列的被实验的人发射带细菌的子弹，观察子弹穿透人体的程度；或使用“手枪式”“手杖式”的小型细菌武器向被实验的活人射击，观察这种武器的效能。
731部队往往把这些实验拍摄成纪录影片或绘制成画面存档，同时采集各类标本作为“科研”成果进行陈列。对于各种实验结果也都有记录，例如：往人的静脉里注入5CC空气就是致命量，人就会死亡；马血注入人体的反应是，超过100克，人感觉到痛苦，而到500克左右，人就会死亡；低压真空环境中，空气压降到0.5以下时，人的血管就开始破裂，眼睛鼓出来，一分钟时间就会窒息而死；人体倒挂致死需几个小时，等等。
731部队在准备细菌战、毒气战的过程中，在进行室内实验的同时，还不断地进行以活人为靶子的野外实验，以检验它生产的各种细菌、病毒、毒药以及毒气武器的效能。它们把这种实验称为“实战演习”。
为了进行野外实验，根据实验的内容、目的需要及地理位置、气候条件等，在一些地方设立了实验场。这些实验场分为两种，一种是固定的，如731部队附近的城子沟和安达、佳木斯、陶赖昭等地的实验场，较为常用的是安达实验场；另一种是临时性的，如在肇东的满沟（今肇东镇）、呼伦贝尔草原和牡丹江一带山区等地。在这些实验场，既进行对各种动物的实验，又进行对活人的细菌武器的攻击、传染实验；有时进行细菌武器或毒气武器单品种的实验，有时还实行细菌武器和毒气的混合实验。进行一些综合性实验的时候，731部队、100部队以及516毒气部队、附近日军的“细菌、毒气谋略队”都参加实验活动。其实，731部队、100部队的野外实验场就是比实验室规模更大、更残酷的杀人场。
据证实，在城子沟实验场，有一次进行炭疽菌的传染实验，731部队将马、牛、羊、猴、兔、鼠等实验动物运到实验场，然后，用飞机在200～300米的上空投掷炸弹，炸弹爆炸后，穿着白色防护服的731部队队员蜂拥而上，检查实验的效果，记录有关的数据；他们走后，往往留下尚未烧尽的木炭和被烧焦了的各种动物的尸体。在这里，731部队还进行毒气实验。他们把被毒死的动物就地解剖，把内脏取走，剩下的尸体浇上汽油就地烧掉。对活人进行毒气实验时，是把被实验的人用特别囚车从731部队运到实验场，然后，将其转移到台车上，台车有手推车的一半大，上面装有一根柱子，被实验者被绑在这根柱子上。台车可以在铺好的轨道上直接进入实验室，同时，将狗、鸡、鼠等动物也一起放进去，然后关上门，开始实验。
在安达实验场，1944年冬，731部队队员曾把五六名戴着手铐、脚镣的被实验人从卡车上拖下来，倒背双手绑在间隔20米左右的木桩上，飞机从低空将炭疽弹投向目标，炭疽弹爆炸后，使被实验者感染上肺炭疽或皮肤炭疽。然后，将他们运回实验室检查感染情况，并使其在“治疗”过程中死亡。这种炭疽弹扩散面大，传染力强。据原731部队队员说，参加实验的汽车上的尘土都沾有细菌，把这些尘土抹在培养基上又会生出菌来（中央档案馆档案：上野的证言）。1945年4月，石井四郎曾组织参加第二次支队长会议的人参观安达实验场的野外实验。在这次实验中，一架轻型轰炸机从150米高的空中投下不少颗“石井式”炸弹。这些炸弹在50米高的空中爆炸，里面填装的炭疽菌迅速扩散，4名被实验者被弹片擦破的皮肤感染上了皮肤炭疽菌；吸入鼻腔内染上了肺炭疽菌。然后，他们被押回部队监狱，观察其病变情况，死后又做了尸体解剖。
日本关东军第731部队在细菌研究、生产和试验的基础上，局部地使用了细菌武器，为全面进行细菌战提供了成熟的经验。这样的行动都是在平房的日本空军8372部队、南京“荣”字部队、广州“波”字部队的配合下进行的。
早在1939年5月，日本关东军在蒙古诺门坎发动的对苏蒙的战争中，731部队在战地附近的水源地、沼泽地、居民区漫撒了鼠疫、霍乱、伤寒细菌，使这一地区这几类急性传染病流行，以削弱苏蒙军的战斗力，因而获得了日本陆军省和日军参谋本部的嘉奖。
1940年7月，731部队组织了第一批远征队到宁波。他们备有70公斤伤寒菌和50公斤霍乱菌，此外还备有5公斤染有鼠疫菌的跳蚤，把这些菌分别装进投撒器里，投入蓄水池和居民区，使上海以南的宁波一带发生了鼠疫和其他传染病。据日本细菌战犯柄择供认，是他奉命将这些细菌装在特别装置物内，由远征队带走的。
同年10月4日，他们用同样的手段，将麦粒、栗子等物撒在衡县境内，38天以后发生了鼠疫，使22人死亡。10月22日，在古井四郎亲自指挥下，又在宁波上空投下麦子、棉花等物，一星期后发现了一个鼠疫患者，以后陆续发现有99名鼠疫患者，其中97人死亡。11月26日和27日，731部队的专用飞机飞入金华县，撒布白色烟雾状的东西，落地后变成淡黄色颗粒，遇水即溶化，经化验认定为鼠疫菌。此后不久，在金华附近的东阳、义乌、兰溪等县都有鼠疫发生。东阳县鼠疫传染94人，死亡92人；义乌县鼠疫传染308人，死亡257人；兰溪县鼠疫传染36人，死亡12人。
731部队远征队的这次行动，给宁波地区带来鼠疫隐患。仅衡州县为例，从1941年4月和以后的1946年、1947年全县曾发生3次鼠疫，因鼠疫传染而死亡的有201人。
1941年夏季，日本关东军司令部又交给731部队一个任务：破坏中国军队的铁路交通线以及重要枢纽常德城。石井四郎又派出第二批远征队，由第二部部长太田大佐带队。起初出动60多人，随后远征队成员增到100余人，其中有30名细菌专家。远征队到中国内地洞庭湖附近的常德城一带，在空中撒布染有鼠疫菌的跳蚤，引起该地区鼠疫流行。据调查，有四五百人死亡。同年11月4日，又在常德地区投下谷麦等物。据化验，谷麦染有鼠疫菌，8天以后发现了一个叫蔡桃儿的鼠疫患者，入院36小时后死亡，接着连续发现鼠疫病人，都在短期内死亡。
1942年7月，731部队又派出远征队乘火车到南京，在南京“荣”字部队（1644部队）的配合下，对重庆及其沿浙赣铁路干线的金华、龙游、衡县、玉山、蒲江一带的八路军和新四军进行细菌攻击。这次远征队由128人增加到160人。他们事先把130公斤的伤寒菌、副伤寒菌装入标有“蛋白消化素”字样的瓶子里，用一架印有“给水”字样的飞机运到南京，然后投掷到重庆一带的水源地、沼泽地及居民住房附近，使该区域发生了大面积的流行性伤寒，造成大批人死亡。就在这次行动中，还将南京的两座中国战俘营的3000人每人分吃一个染有伤寒菌、副伤寒菌的烧饼后全部释放，结果扩大了伤寒病的传染范围。他们还把染有伤寒菌的饼干扔在墙角、树下以及行人休息的地方，让孩子们误吃以后传染上了伤寒病。这次远征队在这一带阴谋活动了两个月，到9月18日转移到上海活动，不久返回哈尔滨。
日本关东军第731部队还组织了一个阴谋破坏班，于1942年冬到吉林省农安县把带有鼠疫菌的跳蚤散布在田间、水源地和民房附近，造成不少人死亡。
日本法西斯还多次大规模明目张胆地在战场上使用毒气，毒杀中国官兵；还对和平居民施放毒气，造成无辜百姓中毒身亡。在长达14年的侵华战争期间，日军使用毒气至少在2000次以上，施毒地点波及18个省、区，造成8万余中国军民的伤亡。
1945年8月9日，苏联对日宣战，出兵中国东北。731部队与另一个研究细菌战的100号部队（即“关东军兽医预防部”），知道末日到来，立即销毁罪证，两个细菌部队基地的建筑物被炸毁，残杀监禁中的全部人员，并焚尸灭迹，大量人体标本沉入松花江底。日军仓皇逃走前放出了大量带菌的老鼠、跳蚤，给东北人民留下了无穷的祸害和灾难。