在實驗室條件下進行的實驗，主要由731部隊第1部負責，在野外靶場上進行實驗時，則主要由第2部負責，第1部和第4部進行協助。無論是何種條件下的實驗，都會使被實驗者遭到最難忍受的痛苦。有些醫學實驗在醫學界早就在動物身上做過，並已經作出科學結論，但731部隊也經常會使用活人進行重新驗證。比如在研究疫苗時，他們經常挑選出大批被捕的人，把其中一部分人先種上疫苗，另一部分人不接種疫苗，接著對所有人進行病菌傳染，然後做對照比較，觀察病菌的致病能力和疫苗的防疫效果。一般說來，當試驗新疫苗時，在最初的試驗階段過半的人都會死去。死者的屍體經過病理醫學解剖後，就在焚屍爐裡火化。然後再在另一批被捕者身上進行同樣的實驗。
下面結合具體事例介紹幾種。
要使用生物武器，必須開發用於生物武器的病原體疫苗。為了研究疫苗的功效和病原體的毒性，石井部隊經常進行菌液注射實驗，就是把含有病菌的溶液注入被實驗者的靜脈，以觀察其病變過程。原第731部隊第162支隊長癨原秀夫等人在受審時供述說：石井對這種實驗特別重視，曾三令五申對此做種種研究。
原731部隊隊員田村良雄1954年10月10日在口供中說：&ldo;我以第4部第1處處長鈴木啟之少佐助手的身份，在第1部特別班裡，對被關押的5名抗日地下工作人員進行了活體實驗。目的是進行活體防疫能力及毒力試驗。我與宇野誠一起，對被關押在特別班的5名抗日地下工作人員，各取5c1c的血液，測定免疫效價。第二天對其中4人注射了4種疫苗(加溫疫苗、混合疫苗、包膜疫苗、生菌疫苗)。一星期後又注射一次。然後將他們的血液取出，測定免疫程度之後，又注射了估計含有0105克的鼠疫液1c1c。其中3名3天後死亡。在第1部笠原班進行了解剖，以後就在特別班附設的火葬場燒了。其他2人作為重鼠疫患者，提供給診療部做活體實驗給殺害了。1943年1月中旬，我協助柄澤班技手宇野誠，在第4部第1處處長鈴木少佐指揮下，對監禁的特別班的2名抗日地下工作人員，以進行毒力試驗為目的，注射了含有0103克的鼠疫菌1c1c，3天以後，2人均患了重鼠疫，後被殺害。&rdo;上田彌太郎在筆供(1954年12月1日)說：&ldo;1943年5月，我在三谷班，在小林技工的指揮下，作為活體實驗的觀察助手，在731部隊的7棟房內，對5名被檢查者進行血液的檢查、培養、體溫測定，並向小林進行了報告。此次實驗使用的是鼠疫菌，使用的方法我推測是注射，因該日早晨，在小林技工的桌上有注射器和菌液，在被檢查者的肘部有注射時針刺的痕跡。在我進行觀察的第二日，有2名死亡，第三日早晨又有1名死亡，隨即一面向小林報告，一面由該處警備員將屍體拉到解剖室後，不費事地進行了解剖，事後將屍體投入鍋爐中燒了。被害人約50歲，手指特別細，是一個不大勞動的人。同日下午又死亡1名，第四日又死亡1名，屍體處置我沒有參加，推測解剖後燒了。以上實驗的目的，是將在研究室內試驗的細菌，用活人進行實驗，確定實際的效力，作為進一步研究強毒菌的資料。&rdo;據秦正氏筆供，1944年12月前後，第1部技師二木將1名中國人的大腿前面區域性切開，在刀口的一面接種上氣性壞疽菌，在刀口的另一面接種上氣性壞疽菌的砂土混合物，然後對兩邊的發病狀態作對比的研究，確認了砂土混入可使氣性壞疽菌毒力增強。被試驗的人肢體腫脹得非常厲害而陷於壞疽的狀態。然後施以外科切開手術及其他各種&ldo;治療&rdo;，終於使之死亡，屍體由診療部的軍醫中尉作了病理解剖。
原第731部隊隊員回憶說：石井部隊常把&ldo;圓木&rdo;即在押