细菌研究离不开对细菌传染媒介物的研究， 而细菌传染的最理想的媒介物就是某些昆虫，这些昆虫的宿主又往往是某些动物。因此，细菌的研究离不开动物。动物既可以培殖疫菌，又可以检验疫菌的效力，还可以充当传播疫菌的工具。所以，731部队、100部队等都非常重视利用动植物进行细菌战的实验活动。为此，它们饲养了大量的各种各样的动物。其罪恶目的就是为了研究和生产残杀人及牲畜的传染病菌，进行细菌战争。
在731部队，设有石井特别饲养班。由于这个班有特殊的重要性，所以，班长是由石井四郎的三哥、畜牧师出身的佐级军官石井三男担任的。这个班有数十栋动物舍，分别饲养着牛、马、羊、猪、狗、鸡、骆驼、猴、江猪和各种鼠。鼠是从日本专程运来的。由于供不应求，所以，731部队便极力在中国东北的各种鼠中寻找替代鼠种。当他们通过研究发现黄鼠是一种有效的传染细菌的动物以后，一面发动大批人马捕捉，一面组织专业人员进行大力繁殖。
在731部队，还有田中昆虫研究班，也叫“田中研究室”，班长是田中技师。田中班的昆虫动物舍专门研究和培殖跳蚤、虱子、臭虫、苍蝇、蚊子等。 这里饲养的红眼老鼠的特殊用途就是通过它繁殖跳蚤。在这里，为了保密，日本人把跳蚤叫“粟子”，把虱子叫“穗子”，把老鼠叫“饼子”。
在731部队，老鼠的用途最为广泛。因此，731部队及其各支队，都把繁殖鼠类作为主要任务。石井特别饲养班饲养的老鼠数量最多，连负责它的日本雇员也说不清到底有多少。 所以， 人们称731部队为“老鼠部队”是不无道理的。
1941年6月22日，法西斯德国对苏联发动了大规模的侵略战争。当时，日军参谋本部向731部队发出了加紧准备细菌战争并于短期内必须完成培殖200 公斤跳蚤的任务的训令。为此，石井四郎立即召开各部部长会议。他说：“一切扩大细菌武器生产办法之所以必须施行，因为国际形势已发生变化，已开始的德对苏战争和关东军准备实施反苏军事措施的‘关特演’计划，要求我们军队应当充分具有细菌武器，以及在必要时去反对苏联。”
然而，当时731部队包括各支队在内，最大生产能力是3～4个月繁殖出45公斤（约145亿只）跳蚤。这是一个十分惊人的数目。尽管731部队具备生产和储存足以够用的各种细菌的条件以及随着战争的进展与扩大所需要的细菌，但是，由于跳蚤、虱子、臭虫等细菌传染媒介物的生产既需要有计划地按规定的程序进行，又因为其生命有限，不可能大量、长期地储存，所以，要繁殖200公斤跳蚤， 至少需要一年多的时间。为了在“短期”内繁殖200公斤跳蚤，惟一的办法是扩大生产规模。然而，由于细菌传染媒介生产量的增大，存栏的鼠类数量又远远满足不了采血和繁殖跳蚤的需要。于是，根据第二部部长太田澄和器材供应部部长大谷章一的建议，以中国东北的黄鼠、土拨鼠代替日本白鼠，作为跳蚤的宿主进行大力繁殖。
1945年5月以后，战事更加紧张，日军参谋本部要求731部队短期内生产1～2吨跳蚤，所以，老鼠更是供不应求了。于是， 石井四郎召开各支队长及大连卫生研究所所长会议，叫嚣为分担日军苦战的困难而全力以赴地加紧准备细菌战。一时，731部队饲养鼠类的品种和数量成番论倍地增加，甚至连石井特别饲养班的鼠舍都容纳不下了，不得不在本部楼的走廊里也摆满了鼠笼子。各个支队也把主要力量投放在老鼠的繁殖上。 日本关东军还把饲养老鼠纳入了备战计划，命令各军事机构、陆军医院以及各军用仓库都要饲养白鼠，供给731部使用。为了解决老鼠数量不足的问题，731部队采取了捕捉黄鼠的办法。他们分别组成专业捕鼠队到荒郊野地和城镇、村屯去捕捉黄鼠。有时还抽调劳工参加捕鼠队。
除饲养、捕捉外，731部队和日伪当局还采取摊派的方式， 向东北人民强征黄鼠。 731部队通过伪平房区事务所向“平房特别军事区域”内的居民索征黄鼠，每月每户必须上缴5只。铁路沿线和各支队附近地区征收黄鼠的任务量更大， 包括学生在内，每人每月必须上交5只。1945年2月12日，日本关东军向 伪满洲国兴农部提出了索要黄鼠的计划。于是，伪兴农部次长给四平、奉天、龙江、滨江、北安、锦州等省发出通知，要求在本年内捕捉黄鼠30万只，由协和会、青年团协助。
731部队等除大量利用老鼠进行细菌战的各项实验外，还用狗培殖狂犬病菌，用马研究炭疽和鼻疽，用牛和羊以及猪制造牛瘟和羊瘟与猪瘟，用鸽子进行病菌的传染。在植物方面，它们不定期从事植物病毒的研究。例如用小麦进行“黑穗病”传染。
2以活人为“材料”进行的细菌战实验活动
日军在准备细菌战的过程中，在大量生产鼠疫、伤寒、霍乱、炭疽等细菌的同时，还进行以活人为材料的细菌及细菌武器效能的实验。这种实验是惨无人道、灭绝人性的。日军细菌部队在侵华期间，通过这种实验杀害的中国军民数量之多是十分惊人的。据日本细菌战犯供称：“第731部队内每年因受烈性传染病实验而死去的囚犯，大约不下600人。”川岛清受审记录摘录，《前日本陆军军人因准备和使用细菌武器被控案审判材料》，第61页、第121页。“本部驻扎在平房站附近的5年之内，即从1940～1945年间，通过这个杀人工厂，因染致命细菌而被消灭的，至少有3000人。”川岛清受审记录摘录，《前日本陆军军人因准备和使用细菌武器被控案审判材料》，第61页、第121页。。另外，据当时在平房基地负责印发机密文件的园尾估计，3000人死于这种试验。731部队问题专家、日本共产党《赤旗报》记者下里估计，“受害者达1万人”。〔法〕爱德华·贝尔德著、刘汉全译《天皇裕仁传》，第172页。上面的两个数字，仅仅是731部队这一个“杀人工厂”的5年间的估计，而不是所有日军细菌部队在整个侵华期间杀害中国军民人数的统计。显然，日本侵华期间，日军细菌部队杀害中国军民的实际人数远不止3000人或1万人，其准确数字不知要比这种估计多出多少倍！
用活人作为“实验材料”，早在731部队初创时的背荫河实验场就开始了。他们把这些人称为“丸太”（日语读“马路大”，是“原木”的意思）。石井四郎使用的第一批“实验材料”是3名中国抗日志士。他们从中、苏边境的鼠疫传染疫区捕捉来40只疫鼠，并在其身上取下染有鼠疫跳蚤203只，然后将从这些跳蚤体内提取的液汁注入到3名中国抗日志士身上。结果：第一个人19天后发烧达394℃；第二个人12天后发烧达40℃。最后，他们都在昏迷的状态中被解剖了。对此，石井四郎还亲自写了检验报告。
据原731部队队员证实，用活人进行实验方法五花八门、数以百计，手段更是惨不忍睹。主要有以下几种。
第一，各种细菌传染的实验。细菌传染实验方法有四五种，通常使用的是“菌液注射法”和“菌液内服法”。在进行菌液注射或菌液内服时，731部队队员对实验对象采取的是先诱骗，后强制的手段。他们或是说给实验对象打预防针，或是偷偷地把鼠疫菌、霍乱菌、伤寒菌、赤痢菌掺入牛奶、水、瓜果里，让实验对象吃喝。后来，实验对象发现了731部队队员的阴谋，进行了绝食、绝水的斗争。于是，731部队在其欺骗办法行不通的情况下，就采取了强制手段。他们先把实验对象提押出来，然后将其绑架在柱子上，由持着手枪、皮鞭的特别班成员在旁边监视，如果发现违抗行为就用皮鞭抽打；对特别顽强反抗者，则当场击毙。这样，731部队的实验人员就把菌液注射到实验材料的体内，或者灌到其嘴里。通过灌菌后的观察发现，霍乱、伤寒等胃肠道传染病菌致人死亡的效果最明显，死亡率最高。在不治疗的情况下，大部分人在3～7天死亡；白喉菌也能产生致人于死命的效果；鼠疫菌通过胃肠传染的效果极差，仅有个别人死亡，其死亡原因也不在胃肠道的感染，而是呼吸道的感染所致。
1943年5月，由关东军司令部军医部调至731部队担任实验分队长的山下升在供述他所犯下的罪行时说：“我在731部队是专门负责对活人进行细菌实验的，特别是搞灌菌实验。强行灌菌的对象有中国人，还有俄国人，同时还有女的。在我担任细菌实验分队长的一年多时间里，仅灌菌实验就使用了100多抗日分子，他们多数死亡了，没死的又通过另外一种方法实验把他们都杀害了。”中央档案馆档案：山下升供词。
第二，三种细菌传染方法的对比实验。1942年1～2月间，731部队的三谷班用45名“马路大”作为鼠疫菌的注射、埋入和内服3种方法对比实验的对象。每种实验又分为01克、02克、03克鼠疫菌液3组，每组5个人；埋入量、内服量、注射量相同。实验结果：注射传染法效果最明显，注射最低量（01克）的被实验者1天以后即死亡中央档案馆档案：上田弥太郎的证词。；其次是埋入传染法；发病最慢的是内服传染法，被实验者经过6天才死亡。于是，参加实验的731部队队员上田弥太郎把这3种实验所产生的效果制成了比较表。从此，他们把注意力集中到注射传染法的研究上。
1942年10月，731部队的宇野诚技师在田村良雄的协助下进行了一次细菌免疫的实验。他们首先对5名被实验者各抽5CC血液，测定其免疫价；次日，对其中4人注射了4种单纯合疫苗；一星期后又注射一次；而对第五个人始终没有进行预防注射。11月中旬，他们又一次对4个人抽血测定免疫价；然后，对所有的5个人分别注射了含有005克鼠疫菌的1CC液体。三天后，被实验者都发了病，在隔离期间3人死亡，尸体被送到第一部笠原班，由铃木启久执刀，一个一个地解剖了。其余2名染有鼠疫的人被送到诊疗部，在“治疗”的幌子下，继续当作实验材料，最后还是死于“白衣野兽手下”。中央档案馆档案：田村良雄的证词。
1943年1月中旬，在第四部第一课课长铃木启之少佐的指挥下，由宇野诚技师负责，田村良雄为助手，以检测鼠疫菌毒力为目的，对监禁在特设监狱中的2名中国人进行了菌液注射实验。这两名中国人顽强反抗并怒骂他们是“白衣野兽”。特别班和田雇员等把他们强行捆绑起来，宇野诚技师将含量003克的鼠疫菌1CC液体注射到了他们身上。3天后，这两个人感染了鼠疫病，不久便死去了。
第三，两种疫苗的对比实验。1942年5月中旬，731部队第四部细菌班成立了一个“A”号人体实验队，实验内容是对渡边和山内使用超声波制造的疫苗与中黑大尉和细井雇员使用日本陆军军医学校方法制造的疫苗进行对比实验，实验材料是活人，实验地点在“特别班”的7号、8号牢房内。他们选定了20名被实验者，首先由小林嘱托（非正式职员）和细井技师对被实验者进行预防接种，给其中的8个人注射用超声波制造的霍乱疫苗，对另外8个人注射了用陆军军医学校的方法制造的霍乱疫苗，其他4人没有进行预防注射。20天后进行人体感染实验，田川技师和千叶技师把霍乱菌掺入牛奶里并让20名被实验者喝下去。由于这种霍乱菌对人致死量为1‰ 克，所以，被实验者难以活命。然而，实验结果是，接种超声波制造的疫苗的8个人中，除1人稍有腹痛、头痛之感于第二天即复原外，其他人无任何反应；而注射军医学校方法制造的疫苗的8个人中，多数吐泻；3名重症，1名死亡；没有进行预防接种的4个人都先后发病，并于第三天全部死亡；这次实验之后，731部队又改用鼠疫菌进行了多次对比实验，结果都证明超声波制造的疫苗具有特效。于是，石井四郎命令用超声波大量生产疫苗。
实验对象被做了各种细菌实验之后和临死之前的痛苦、挣扎、惨状令人毛骨悚然，十分可怕；日本细菌战犯们刽子手的狰狞面目也更加令人憎恨。对此，一名原731部队的队员做了比较真实、详细的自述，他说：“我走进了研究室。占有二三层的研究室，全都迷于疯狂杀人的实验，研究室里充满了动物的尸臭和血腥气。我进入研究室内巡视了一下，几天前注射的老鼠和土拨鼠，被脏东西污染的毛倒竖着；筋疲力尽的动物在蠕动。人死了，动物死了，对于人来说应该是可悲的事情，但作为细菌战爪牙的我，却很高兴。这些现象意味着细菌毒性强烈，这和自己的飞黄腾达联系起来了。我把这一带的动物一直看完。‘毒性都不错嘛！’我一边微笑着，一边把死了的老鼠肚子撕开，取出脾脏、肝脏，开始培养。7点钟是量取中国人体温的时间。我想动物到这种程度就会死去，有这样的毒性，‘丸太’也一定死了，像昨天那样的反抗也许不会有了。跑进消毒室，取来器械，打开特别班进口的铁大门，递过出入许可证。我来到监禁中国人的两栋楼房中的一栋——7号楼。抬着担架、穿着防菌衣的两个男人跑到面前来了。在担架上放着被切开肚子、敲破头、砍掉脚而成为肉块的中国人；他的血在滴落着。我看到这个被惨杀的身体，暗自想道：‘得赶快干了。是哪个班的？’我用军官惯用的那种举动，把头低下，往当中凝视，快步走近3天前被注射鼠疫菌的中国人住着的12号房间，战战兢兢地偷看里边。中国人由于被我注射了鼠疫菌，难受得浑身乱动，趴倒在床上吐血……‘见鬼去吧！这可好了。’过不大一会儿，我开锁进入里面。知道我走进来的那个中国人，在口角滴着血当中抬起头，脸上满染血污，目不转睛地盯着我。我知道他们没有任何抵抗力。‘畜生！死去吧！’我用脚上橡胶长靴的尖头突