不会动摇”的崇高气节，继续坚持战斗。中共六届六中全会曾致电以杨靖宇为代表的东北抗日武装表示慰问，赞之为“冰天雪地里与敌周旋7年多的不怕困苦艰难奋斗之模范”。
1939年冬日寇加强了对抗联第一路军的围剿。敌人组织了三省联合大讨伐，采取 “遇到山林队和抗联，打抗联放过山林队；遇到杨靖宇司令部和其他抗联，放过其他，死死咬住杨靖宇”的策略。
1940年 2月1日特卫排长张秀峰携带4支手枪、弹药、9960元抗联经费和重要文件投敌，使敌人掌握了杨靖宇计划的突围路线和联络点。杨靖宇率余部冒着严寒在给养完全断绝的情况下，奋勇拼杀，至2月15日杨靖宇身边只剩6人，其中有4人受伤。2月18日，杨靖宇身边仅有的两名警卫员在寻找食物时与敌遭遇牺牲。敌人从他们身上搜出了杨靖宇的印章，即调集军队围捕。
杨靖宇不愧是真正的钢铁战士，是用特殊材料铸成的共产党员。渴了，抓一把雪吃，饿了，吞一口树皮或棉絮。他以难以想象的毅力，坚持和敌人进行顽强斗争，直至弹尽，1940年2月23日农历正月十四，杨靖宇孤身一人，在蒙江县城保安村的三道崴子与日伪军交战20分钟后，身中数弹英勇牺牲。敌人将杨靖宇的遗体运到县城，经叛徒张秀峰确认杨靖宇无误后，残忍地将杨靖宇的头颅用铡刀铡下。
对于杨靖宇将军的英勇和顽强，日军颇感惶惑:杨靖宇自2月15日以来已陷入重重包围之中，被切断食物来源。这些天他究竟怎么生存？为解疑惑，他们命令蒙江县城民众医院的医生解剖检查，看他的胃肠里究竟有什么。经解剖，他的胃肠里一粒粮食也没有，见到的只是未能消化的草根、树皮和棉絮。参加解剖的主刀医生、民众医院院长金源大为感慨，在场的日军也都觉得不可思议:中国竟有如此威武不屈的人。
敌人将杨靖宇的头颅装在一个长25公分、宽25公分、高35公分、前面安有玻璃的木箱里，用汽车运到当时的通化省城，在各学校、街道示众，做演讲宣传，并在通化师范学校举行“庆贺”活动。之后又到所属各县示众
杨靖宇的头颅后来被送到伪满洲囯的新京(长春)，其遗体被弃在蒙江县城郊外。
杨靖宇的头颅被铡下后，伪东南满地区“讨伐”司令野副昌德少将总是做噩梦，醒来后头疼痛难忍。为此，通化省的警务厅长岸古隆一郎专门给伪蒙江县警务科长王士洪、警察大队长桑文海打电话，询问杨靖宇尸体掩埋何
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