1940年1月初，杨靖宇率部400余人在临江大阳岔、三岔子东部与日军大原、有马部队和伪警察部队交战。1月上旬，杨靖宇率队到濛江县（今靖宇县）境内活动。伪通化省警察厅长岸古隆一郎得知杨靖宇活动情况后，调集日军及伪军、伪警察在濛江四处布网，专门搜寻杨靖宇及抗联一路军总指挥部。杨靖宇率队在濛江与辉南之间的山区与敌人周旋，战斗30次之多，所率部队大量减员。同时，杨靖宇考虑为使部队免遭敌人歼灭性打击，多次分兵，化整为零，让其他指挥员率部离开指挥部所在地方，脱离危险区。1月21日，警卫旅一团参谋丁某叛变。敌人知道了杨靖宇的行动路线，派出大批日伪军及伪警察队组成“讨伐队”在濛江西岗地区展开疯狂“大围剿”，使杨靖宇及所部陷入敌人重围。

战斗中，部队又有大量伤亡。1月末，他身边只有60名战士。2月初，敌人向杨靖宇所在的那尔轰古石山进攻，部队再次受到严重损失。2月15日，身患重感冒的杨靖宇和身边的6名战士，被前来追袭的敌人发现，杨靖宇指挥战士与敌人激战，击毙敌人10人，“讨伐队”队长崔某、队副伊藤受重伤。当晚，杨靖宇决定负伤的几名战士迅速转移，他带领两名警卫战士继续与敌人战斗。

2月18日，两名警卫战士在离开杨靖宇去寻找食物时不幸牺牲。以后，杨靖宇只身一人在饥寒疲惫，伤病交加的情况下，仍坚持与敌周旋。2月23日，杨靖宇辗转来到濛江县保安村三道崴子。由于汉奸出卖，日伪“讨伐队”包围了他。当时，杨靖宇已几天没吃到一粒粮食，加之感冒未愈，身体极度虚弱。当他发现已被敌人包围，便奋然而起，用双手持枪与敌人搏斗。开始，敌人幻想活捉杨靖宇，劝他归顺。敌人不住高喊“放下武器，保留生命，还能富贵”，“抵抗没有用了，投降吧！”但杨靖宇镇定自若，不为所动，拒绝投降，坚持抵抗，直至最后壮烈殉国。时年35岁。

杨靖宇牺牲后，残暴的敌人割下了他的头颅，解剖了他的尸体，发现他胃肠里尽是草根、树皮和棉絮，没有一粒粮食，也不由得为中国共产党人的爱国精神所震撼。日酋岸古隆一郎等承认，杨靖宇是个了不起的代表人物。

杨靖宇为打败日本侵略者，为了祖国独立和民族解放战斗到最后一息，流尽了最后一滴血，表现了中华民族和中国共产党人的浩然正气、不屈不挠的大无畏革命精神。杨靖宇是东北抗日联军的杰出将领，是东北人民、全中国人民心目中伟大的抗日民族英雄。