军区领导机关和直属队
1955年4月，沈阳军区领导机关设司令部、政治部、干部部、后方勤务部等。后经多次整编，到1958年10月，沈阳军区机关设司令部、政治部、后勤部。此后机关三大部体制沿袭至1997年。
1998年，各大军区成立装备部。1998年11月，各大军区后勤部改为联勤部，对辖区内的陆海空军和二炮部队实行联勤保障。
所辖部队
1948年1月东北军区和东北野战军领导机关成立时下辖：
纵队：第一、第二、第三、第四、第六、第七、第八、第九、第十纵队（3月组建第五、第十一、第十二纵队）
二级军区：合江军区、龙江军区、嫩江军区、松江军区、牡丹江军区、吉林军区、辽吉军区、辽东军区、冀察热辽军区、内蒙古军区
1948年12月东北军区对所属部分机构调整后下辖：
二级军区：辽北军区、辽宁军区、安东军区、热河军区、锦州军区、内蒙古军区
省军事部：松江省军事部、合江省军事部、龙江省军事部、嫩江省军事部、吉林省军事部
其他部队：第五十军、铁道纵队等。并成立炮兵第一、第二指挥所和装甲兵、高炮、工兵指挥所；冀察热辽军区所属冀东军区调归华北军区建制。
1949年2月至6月东北军区机关和部队进行整编后下辖：
二级军区：辽东军区、辽西军区、热河军区、内蒙古军区等军区
省军事部：松江省军事部、黑龙江省军事部、吉林省军事部等省军事部
其他部队：7个步兵师、1个警卫师、11所军事院校等。
1950年7月至1955年3月东北军区下辖部队主要变动有：
东北边防军：1950年7月，中国人民解放军第十三兵团进驻东北，改编为东北边防军。
东北军区防空司令部：1950年8月，成立东北军区防空司令部。
东北铁道运输司令部：1950年12月，成立东北铁道运输司令部。1954年3月，撤销东北铁道运输司令部，成立东北军区司令部军事交通部。
东北军区国防建设工程指挥部：1952年4月，组建东北军区国防建设工程指挥部。
旅大军事部：1951年11月成立旅大军事部。
省军事部和军区的变动：1952年1月，吉林、松江、热河、黑龙江等省军事部改为军区。1954年8月，辽东、辽西军区合编为辽宁军区，松江、黑龙江军区合编为黑龙江军区。
东北军区空军部：1954年4月改编成立。
东北军区防空部队部：1954年4月改编成立。
东北军区炮兵部：1951年4月，成立东北军区炮兵领导机构。1954年4月改编成立东北军区炮兵部。
东北军区装甲兵部：1950年12月，成立东北军区摩托装甲兵领导机构。1954年4月改编成立东北军区装甲兵部。
东北军区工程兵部：1954年4月改编成立东北军区工程兵部。
东北军区公安部队部：1954年4月改编成立东北军区公安部队部。
1955年东北军区改为沈阳军区后下辖：
辽宁省军区：1954年8月由辽东军区和辽西军区合编为辽宁军区。1960年4月改称辽宁省军区。
吉林省军区：1953年2月吉林军事部改称吉林军区。1959年3月改称吉林省军区。
黑龙江省军区：1953年1月松江、黑龙江等省军事部改为军区。1954年5月，黑龙江省公安部队合并黑龙江军区，称黑龙江军区兼公安司令部。1954年8月，黑龙江军区和松江军区合编组成新的黑龙江军区。1960年4月改称黑龙江省军区。
热河省军区：1955年11月随热河省同时撤销。
沈阳军区炮兵：1955年3月东北军区炮兵部改为沈阳军区炮兵部。1955年7月至8月改为沈阳军区炮兵司令部。1982年12月，沈阳军区炮兵机关缩编为沈阳军区司令部炮兵部。
沈阳军区工程兵：1955年3月东北军区工程兵部改为沈阳军区工程兵部。1955年7月至8月改为沈阳军区工程兵司令部。1982年12月，沈阳军区工程兵机关缩编为沈阳军区司令部工程兵部。
沈阳军区装甲兵：1955年3月东北军区装甲兵部改为沈阳军区装甲兵部。1955年7月至8月改为沈阳军区装甲兵司令部。1982年12月，沈阳军区装甲兵机关缩编为沈阳军区司令部装甲兵部。
沈阳军区防空军：1955年3月东北军区防空部队部改为沈阳军区防空部队部。1955年7月至8月改为沈阳军区防空军司令部。1957年5月，撤销沈阳军区防空军司令部，所辖部队划归沈阳军区空军建制。
沈阳军区公安军：1955年3月东北军区公安部队部改为沈阳军区公安部队部。1955年7月至8月改为沈阳军区公安军司令部。6月，撤销军区公安军司令部，所辖边防部队分别拨归所在省军区领导。
陆军第十六集团军：第十六军1958年4月从朝鲜回国，驻防吉林省长春市。1960年改称陆军第十六军。1985年改为陆军第十六集团军。
陆军第二十三集团军：第二十三军1958年3月从朝鲜回国，驻防黑龙江省。1960年改称陆军第二十三军。1985年改为陆军第二十三集团军。2003年12月撤销番号。
陆军第三十九集团军：第三十九军1953年5月从朝鲜回国，驻防辽宁省。1960年改称陆军第三十九军。1985年改为陆军第三十九集团军。
陆军第四十集团军：第四十军1953年7月从朝鲜回国，驻防辽宁省。1960年改称陆军第四十军。1985年改为陆军第四十集团军。
陆军第六十四集团军：第六十四军1953年8月从朝鲜回国，驻防辽宁省凤城县。1954年10月移防辽宁省安东市。1955年2月移防辽宁省大连市。1960年改称陆军第六十四军。1970年移防辽宁省本溪市。1985年改为陆军第六十四集团军。1998年撤销番号。
陆军第六十八军：1975年经中央军委批准，济南军区陆军第六十八军与沈阳军区陆军第四十六军对调，陆军第六十八军移驻吉林省吉林市。1985年撤销番号。同年8月改编为赤峰守备区（军级），移驻内蒙古赤峰市。
旅大警备区：1959年9月，第三兵团改为旅大警备区。
外长山要塞区：1960年12月，组建外长山要塞区。
赤峰守备区：1981年11月，组建赤峰守备区。
白城守备区：1981年11月，组建白城守备区。
黑龙江生产建设兵团：1968年组建黑龙江生产建设兵团，1973年10月移交黑龙江省领导。
接受军兵种机关和沈阳军区双重领导的有：
沈阳军区空军：受空军和沈阳军区双重领导