1940年2月23日，正是长白山的严冬季节。杨靖宇衣着单薄，腹内空空，还患着感冒。他孤身被围，在一块卧牛石旁烧毁了全部文件。敌人顺着杨靖宇在雪地上留下的脚印追了上来，对他形成了包围。杨靖宇凭借岩石，双手用两只手枪向敌人射击，边走边战。在一棵大树下，杨靖宇用不断射出的子弹回答敌人的劝降。在持续了20多分钟的枪战后，几颗罪恶的子弹射入了杨靖宇的胸膛，一路嚷着“投降吧，杨靖宇，投降了让你做东边道的司令”、“捉活的，捉活的”的日军看到杨靖宇的遗体，按理说，应该是欣喜若狂的，因为少了一个让自己闻风丧胆的对手。然而，他们显得很沮丧，甚至有些遗憾与失落，因为杨靖宇令他们真正叹服。杨靖宇牺牲时年仅35岁。

杨靖宇牺牲后，日本的警察厅、日本关东军头目和伪军都不理解，他怎么能够在零下20多度的山里头打这么多天，附近连一个村落都没有。遗体随即被运往蒙江县民众医院，日军军医施行解剖。冷光明晃的手术刀切开了杨靖宇的腹部，划开胃囊，在场的残暴的日军、日伪，无不震惊——只见里面一粒粮食也没有，仅残留着草根、树皮、棉絮……据说目睹整个解剖过程的一个日军军官，从杨靖宇身上看到了中国人不可征服的气节，对“圣战”产生了怀疑，以致精神分裂，先用毒药杀死了自己的妻儿，然后切腹自尽。

当时通化地区的讨伐司令叫野负仓德，在一个伟大的民族英雄面前，他觉得自己很渺小。最后他为杨靖宇立了一块碑，亲自召开了一个祭灵会。野负仓德承认，杨靖宇是日本军人的一场噩梦，中国竟有如此威武不屈的将军。另一方面，野负仓德考虑到杨靖宇在抗日群众中的影响力，为了营造“抗日，只有死路一条”的舆论氛围，他丧心病狂地命令一个叫“张奚若”的伪军砍下了杨靖宇的头颅，放入木箱，送到了通化市伪警察部。1940年2月25日，日军将杨靖宇的头颅挂在通化市的闹市区进行示众，希冀以儆效尤。3天后，头颅被送到了新京(长春)关东军司令部，放在2楼的药物科，由药水浸泡保存。

1945年8月，抗日战争胜利，国民党接收了日伪政权，杨靖宇的头颅被转移到长春医科大学医疗器械室。

1948年10月，解放东北的战争到了关键时刻，尤其是围困长春的战斗步入决定性阶段。城内10万敌军被我人民解放军打击和围困达7个月之久。此时，杨靖宇将军的遗首仍在这座孤城内，国民党特务从日本关东军的手中获得头颅后，就立刻秘密藏匿起来。国民党特务究竟将英雄的头颅藏匿在哪里呢？原来，日本投降后，长春被伪满残余暂时接管。1946年4月，我军经四昼夜激战，夺取了长春，但还未弄清楚杨靖宇头颅的去向，就被迫撤出，长春遂被国民党军占领。我军围困长春后，时任中共长春地工小组组长的李野光，接到了中共中央东北局下达的一项任务，要他协助有关方面迅速找到杨靖宇与陈翰章的遗首。经过深思熟虑后，李野光立即指示打入城内的松江军区地下工作者杜文学等人，在孤城内秘密开展寻找杨靖宇头颅的工作。

经过多方打探、寻找，地下小组成员刘亚光查到了杨靖宇将军头颅的下落：长春医学院。当时医学院被国民党骑兵第2旅占据，该旅卫生队就设在长春医学院附近。如果能够打入旅卫生队，就有可能进入医学院，查找杨靖宇将军的遗颅。地下小组成员李广德立即将这一情况和方案向上级做了汇报，得到批准。不久，刘亚光打入了该卫生队，当了中尉军医官。

杨靖宇的头颅也引起孤城特务的关注。活跃在敌一兵团上层机构的特务头目项乃光，多次出入骑兵二旅，秘密了解察看杨靖宇头颅保存状况，布置防守措施。为了防止头颅落入解放军手里，他除了在旅部设置了层层岗哨外，还安排巡逻队反复巡逻。老谋深算的项乃光依旧不放心，他暗地里派长春市警察局的特务在医疗器械室放了暗哨，昼夜监守。同时，国民党特务似乎也察觉到了共产党人在寻找杨靖宇头颅，特务们妄想以此为诱饵，缉拿长春的共产党地下党员。

打入敌人内部的刘亚光利用去医学院给国民党军官兵巡诊的机会，偷偷潜入解剖学教室，在微弱的手电光照下，仔细寻找，但一无所获。在他将要离开出门时，忽然发现教室里还有一个十分隐秘的侧室，刘亚光随即进入了侧室。侧室内只有一个大型的橱柜。陈列的玻璃罐里装着人的内脏标本，经逐一观察，刘亚光看到两个大型标本罐里分别装着一颗人头。两个标本罐上还贴有纸条，一个写着杨靖宇，一个写着三江好(即陈翰章)。为了不惊动敌人，刘亚光当时没有拿走头颅，而是悄悄返回卫生队，将这一重大发现上报了党组织。

为了确保杨靖宇将军的头颅安全地回归到共产党人手中，刘亚光和我地下党人制定了周密的计划。首先刘亚光打听到负责看守医疗器械室的是市警察局的警察曹如超，于是有意与他打得火热。曹如超是长春人，正赶上家里断了粮，整日忧心忡忡，刘亚光得知后就经常送点食品给他，解他的燃眉之急。为此，曹如超对刘亚光感恩戴德。

有一晚，曹如超哭哭啼啼地找到刘亚光称，全家又断粮两日了，父母就要饿死了，求他帮帮忙。刘亚光安慰他说：“咱们都是本城人，我想想招儿，一个小时后我再找你。”刘亚光找到地下党员李野光和李广德，将这一重要情况作了汇报。李野光果断地指示：“门的钥匙已有人配好，今晚给曹如超送点儿米。让他马上送回家，我们就说来买医疗器械，然后趁机动手。”当晚10点钟，曹如超坐在脏乱的小屋里闷头抽烟。这时，地下小组成员经恩浦大夫拎着7斤高粱米匆匆赶来，一进屋就说：“曹二哥，我听说你家断顿了，我家还剩下一点儿高粱米，拿去吃吧，快送回去吧！”曹如超眼泪汪汪地说：“经大夫，你这是救命粮呀，我家的人都快饿死了。”说完，曹如超背起米就朝家跑。这时，我地下小组成员雇的车辆已经停在了医学院的门口，他们以到医学院拉医疗器械为名，拉走显微镜、纱布罐、污物桶、聚光灯和标本罐，在混乱中，趁机将装着杨靖宇和陈翰章两位烈士遗首的玻璃罐装入车中，用一些旧纱布覆盖在上面。随后，两位烈士的遗首被运到卫生队前厅。当日午夜，刘亚光和爱人潜入卫生队前厅，将两位将军遗首藏在卫生队五官科内。长春解放的第二天，两位将军遗首被迎入亚光医院。

后来，杨靖宇和陈翰章两位民族英雄的头颅，由军官张羽率5名战士，乘专列秘密护送到哈尔滨，安放在东北烈士纪念馆。