“9·18”事变发生后的10月上旬，芳子奉田中隆吉之命赶到奉天，投到坂垣关东军高级参谋的指挥之下。芳子不仅能自由地使用中日两国语言，而且田中为了把她“培养成一个出色的间谍而倾注了全力”，还教会了她说一些英语，加上她那副清室王女的堂皇招牌，使她更便于在这个混乱时期尽力施为，成为一名日军不可多得的战地谍报官和多面间谍。
当时，日本在沈阳的特务机关长土肥原贤二正秘密策划拥立清朝废帝爱新觉罗·溥仪，建立傀儡政权“满洲国”。他将溥仪从天津静国秘密接到旅顺大和旅馆。由于是顶风作案，走得1934年3月登基时的“满州国皇帝”溥仪太过匆忙，溥仪的侍从班子和“皇后”婉容仍滞留在津门。婉容误以为自己已被溥仪抛弃，因此闹得天翻地覆。日本军方为了安抚溥仪，尽快实施“大东亚共荣圈”计划，立刻派遣川岛芳子作为秘使，去天津迎接婉容，而且此事不宜声张，必须做得神不知鬼不觉。
1931年11月的一天，一位着装入时、窈窕妩媚的漂亮女人来到了天津日本租界宫岛街溥仪的住宅。这就是川岛芳子，她受关东军参谋长坂垣之托，秘密来津企图将秋鸿皇后婉容接到满洲。
川岛芳子再三琢磨，最终采取偷梁换柱之计，用一口棺材将婉容运出了津门，送达关东军手中。然后成功地使皇后坐上了一艘经过伪装的开往大连的日本兵舰。皇后除身上穿的一套衣服外没带任何东西。平安抵达大连后，前皇后对“这次可怕的成功的冒险”深感满意，于是便把母亲遗留下来的翡翠耳坠赠给了川岛芳子，以示感谢和纪念。
伪满洲国建立后，日本关东军论功行赏，特别嘉奖川岛芳子，授予她陆军少佐军衔，成为日本军中军阶最高的女子。
1932年1月10日，日本东北方面占领军以关东军参谋长坂垣的名义给上海的特务总长田中隆吉发去一封长电，大概意思是：“希望你在上海挑起事端，把各国的注意力吸引过去，届时关东军则趁机实现满洲独立”。
当时上海有个毛巾厂叫三友实业分公司，田中命令川岛芳子用金钱和色相诱使这个公司的工人去袭击日本山妙法寺的日莲宗的僧侣。l月18日午后4时左右，5名日本僧侣和信徒正在三友实业公司门前的马路上打坐修行，几十名工人按照川岛芳子的指示，突然袭击了他们，使3人受重伤，其中一个叫水上秀雄的因伤势严重于24日死亡。
事件发生后，川岛芳子把一笔经费交给在上海由日本人组成的“支那义勇军团”，委任重藤千春宪兵大尉指挥他们袭击三友实业公司，进行报复性的袭击。但从表面上看，这似乎纯粹是群众性的报复行动，与日本军方没有任何关系。但是这样一来，日中两国间在上海的对立，已达到一触即发的危险状态。
尽管后来上海市长吴铁城曾就日莲宗僧侣遭受袭击一事照会日本在上海的总领事馆、做出书面道歉，并无条件地答应了日方提出的4项无理要求，第一、向日本道歉；第二、处罚肇事者；第三、负担伤亡者的治疗费、赡养费；第四、立即解散抗日团体，取缔排日活动。
但退让只会让侵略者有更大的胃口，日本第一外遣舰队司令官盐泽幸一少将在1月28日下达了进攻命令，日本海军陆战队向上海闸北区发起进攻，并与当地守军——第19路军展开了激烈的战斗。这就是中国历史上著名的“1·28事变”。今天日本靖国神社的门口，还有一块“1·28事变”纪念浮雕，上面写着“上海事变！海军陆战队击败80倍于己之敌人！”
“1·28事变”发生时，川岛芳子只身潜入吴淞炮台，查清了该炮台的大炮门数，然后向田中的上司——上海临时派遣军参谋长田代皖一少将作了报告，对日本制定作战计划起了很大作用。
与此同时，芳子又假扮男生，每夜都在上海百老汇的俱乐部狂欢乱舞。通过这种灯红酒绿的生活，川岛芳子又接触到孙中山的长子、行政院院长孙科，抢先捕捉到蒋介石下野的消息。
此外，为了摸清中国方面的抗战动向，第9师团的植田谦吉少将曾派川岛芳子设法到19路军摸底。川岛芳子受命后，秘密地来到第19路军军长蔡廷锴住所与之攀谈，弄清了蔡的抗日意向非常坚决，并把这一情况报告给植田师团长。事实证明，芳子的情报是正确的，日军主动地采取了迂回战术，避免了更大的伤亡。事后，植田评价川岛芳子，说她“可抵一个精锐的装甲师团。”由于各国使团出面调停，日本迫于国际压力，不得不尽早结束战争。
就在中日双方为结束“1·28事变”，缔结停战协定时，川岛芳子通过田中的介绍，利用自身的优势和间谍的素质，很快认识并接近了国民政府中央政治会议秘书长唐有饪，并从唐那里得悉上海的中央银行业已濒于破产，国民党政府迫切希望停战。川岛芳子立刻把这一情况报告了日本政府，结果使日本在停战协议上占尽了便宜。
事后，唐有饪以泄露情报罪受到追究，川岛芳子又遵照田中的指示，将唐隐藏在家宅中达两周之久，使他逃过了国民政府的追捕，唐对川岛芳子感恩不尽。与此同时，国民党行政院院长孙科在“1·28事变”
后，也因向日本方面泄露情报罪而受到弹劾。田中根据日本军部的指示和孙科的要求，命令川岛芳子把孙科从上海弄出来。于是，芳子便让孙科悄悄溜到停泊在上海港的日本——欧洲航线的客船，巧妙地使孙科逃离上海到了广东。另外，田中还命令芳子去探听英国对“满洲国”独立问题的意向，而川岛芳子也没有辜负田中的厚望。她不仅没费吹灰之力便从英国记者那里获知英国政府将在国际联盟上对这个问题使用否决权等情报，并已最大程度地“团结”了上海的英国侨民，使他们对日方在“1·28事变”中的侵略行径能够施以“谅解”。
由此可以看出，天生一副机灵头脑的川岛芳子，作为一个进行阴谋活动的媒介体，一名出类拔萃的超级间谍，为日本的“战争机器”添补了不少有用的零件。