沈鴻烈畢業於日本海軍兵學校(位於廣島縣的江田島，現為海上自衛隊第一術科學校)中國留學生第二期。1920年奉命處理廟街事件，之後隨艦進入東北，加入新成立的吉黑江防艦隊，擔任參謀，後晉升參謀長。1922年接任吉黑江防司令公署署長，並開始向張作霖建議組織東北海軍。因此在次年被任命為東北海防艦隊司令，負責艦隊的籌組。