1932年（昭和7年）8月に陸軍軍医学校防疫部の下に石井四郎ら軍医5人が属する防疫研究室（別名「三研」）が開設された。それと同時に、日本の勢力下にあった満州への研究施設の設置も着手された。そして、出先機関として関東軍防疫班が組織され、翌1933年（昭和8年）秋からハルビン東南70kmの背陰河において研究が開始された。この頃の関東軍防疫班は、石井四郎の変名である「東郷ハジメ」に由来して「東郷部隊」と通称されていた^[6]。

1936年（昭和11年）4月23日、当時の関東軍参謀長 板垣征四郎によって「在満兵備充実に対する意見」における「第二十三、関東軍防疫部の新設増強」^[7]で関東軍防疫部の新設が提案され、同年8月には、軍令陸甲第7号により正式発足した。関東軍防疫部は通称「加茂部隊」とも呼ばれており、これは石井四郎の出身地である千葉県山武郡芝山町加茂部落の出身者が多数いたことに由来する。この際同時に関東軍軍馬防疫廠（後に通称号：満州第100部隊）も編成されている。1936年12月時点での関東軍防疫部の所属人員は、軍人65人（うち将校36人）と軍属105人であった。部隊規模の拡張に応じるため、平房（ハルビン南方24km）に新施設が着工され、1940年に完成した^[6]。

1940年（昭和15年）7月、軍令陸甲第14号により、関東軍防疫部は「関東軍防疫給水部（通称号：満州第659部隊）」に改編された。そのうちの本部が「関東軍防衛給水部本部（通称号：満州第731部隊）」である。731部隊を含む関東軍防疫給水部全体での所属人員は、1940年7月の改編時で軍人1235人（うち将校264人）と軍属2005人に増加し、東京大学に匹敵する年間200万円（1942年度）の研究費が与えられていた^[6]。

厚生労働省の集計によれば、1945年（昭和20年）の終戦直前における所属人員は3560人（軍人1344人、軍属2208人、不明8人）だった^[8]。この間、1942年8月から1945年3月には関東軍防疫給水部長が石井四郎から北野政次軍医少将に代わっていたが、引き続き731部隊などは石井の影響下にあったと見られている^[9]。

1945年（昭和20年）8月、ソ連対日参戦により、731部隊など関東軍防疫給水部諸部隊は速やかに日本本土方面への撤退が図られた。大本営参謀だった朝枝繁春によると、朝枝は8月10日に満州に派遣され、石井四郎らに速やかな生物兵器研究の証拠隠滅を指示したと言う。この指示により施設は破壊され、部隊関係者の多くは8月15日までに撤収したが、一部は侵攻してきたソ連軍の捕虜となり、ハバロフスク裁判で戦争犯罪人として訴追された^[10]。

1939年（昭和14年）に発生したノモンハン事件では、関東軍防疫部が出動部隊の給水支援を行っている。石井四郎が開発した石井式濾水機などを装備した防疫給水隊3個ほかを編成して現地へ派遣し、部長の石井大佐自身も現地へ赴いて指導にあたった。

最前線での給水活動・衛生指導は、消化器系伝染病の発生率を低く抑えるなど大きな成果を上げたとされる。その功績により、第6軍配属防疫給水部は、第6軍司令官だった荻洲立兵中将から衛生部隊としては史上初となる感状の授与を受け、石井大佐には金鵄勲章と陸軍技術有功章が贈られた。