趙一曼還經常寫些文藝作品，在總工會辦的地下刊物《工人事業》上發表。有一首題為《濱江述懷》的舊體詩，寫得氣勢磅礴，充滿豪情：
“誓誌為人不為家，跨江渡海走天涯。男兒豈是全都好，女子緣何分外差？未惜頭顱新故國，甘將熱血沃中華。白山黑水除敵寇，笑看旌旗紅似花。”
1934年7月，趙一曼被派到珠河中心縣委擔任縣委委員，並以縣委特派員身份在抗日遊擊區開展工作。她經常活動在候林鄉、亮珠河一帶。她任鐵道北區的區委書記，發動群眾，組織武裝、支援抗日軍隊。經她不懈努力，珠河遊擊區的農民會、婦女會、兒童團相繼建立。組織農民遊擊連，經常搞軍事訓練，準備隨時配合抗日聯軍同日寇作戰。
趙一曼是英勇善戰的指揮員。一次，東北人民革命軍第三軍第二團突然被敵人包圍，激戰了一天一夜，正在危急時刻，趙一曼率農民自衛連和群眾從敵人背後殺上去，她指揮隊伍向敵指揮部壓去，使敵潰不成軍，倉皇逃竄。不僅解了二團之圍，還生俘了一批敵兵，繳獲了不少武器。
1935年秋，日軍糾集了大批偽軍向我遊擊區進攻，趙一曼帶領地方遊擊連和二團並肩戰鬥，並擔任二團的政治委員。
1935年11月的一天黎明，趙一曼和二團的戰士被敵人包圍在一個山溝裏，趙一曼和團長王惠同率領戰士們同敵人浴血奮戰了一天，夜幕降臨時，他們決定突圍。趙一曼要帶一個班掩護部隊和傷員突圍，王惠同不同意：“這怎麼行！你是女同誌，我掩護……”趙一曼厲聲說：“什麼男的女的，女同誌就不能打掩護？快！你有責任把隊伍帶出去！”王惠同帶領隊伍衝出了敵人的包圍圈，趙一曼在轉移時，又和敵人遭遇，左腕受傷。11月22日，趙一曼和兩名同誌在珠河縣春秋嶺附近的一個農舍裏養傷，被敵人發現。激戰中，左大腿骨被打斷，因流血過多昏迷過去，和另外兩名同誌一起被捕。
抓住了趙一曼，敵人如獲至寶，偽濱江省警務廳馬上開始審訊。當時，趙一曼的下身雖已被鮮血染紅，手腕上也在不斷流血，但她滔滔不絕地斥責敵人。特務們氣急敗壞地用鞭子戳她的傷口，直到她再次昏死過去。
日偽當局為了得到他們妄想得到的東西，還不想讓趙一曼死，於是把她送到哈爾濱市立醫院。在醫院裏，趙一曼做看守她的偽警察和護士的工作，用民族大義啟發他們的愛國心。趙一曼威武不屈的精神，已深深感動了他們。他們協助趙一曼於6月28日晚逃出哈爾濱。不幸， 30日晨偽騎警在李家屯附近追上了趙一曼坐的馬車。
趙一曼被押回了哈爾濱偽警務廳，敵人對她用盡各種酷刑，從她嘴裏得到的還是三個字：“不知道！”
敵人反複折磨了她一個月，卻沒從她口中得到任何東西。
1936年8月1日，敵人將她押解到兩年前她經常活動而給敵人以嚴重打擊的地方——珠河縣。在押解的途中，在火車上，她向敵人要了紙筆，第二天清晨寫下了她給幼兒的遺言。
寧兒：
母親對於你沒有能盡到教育的責任，實在是遺憾的事情。
母親因為堅決地做了反滿（按：指偽滿洲國）抗日的鬥爭，今天已經到了犧牲的前夕了！
母親和你在生前是永遠沒有再見的機會了。
希望你，寧兒啊！趕快成人，來安慰你地下的母親！我最親愛的孩子啊！母親不用千言萬語來教育你，就用實行來教育你。
在你長大成人之後，希望不要忘記你的母親是為國而犧牲的！
一九三六年八月二日
你的母親趙一曼於車中
1936年8月2日，敵人將趙一曼綁在大車上，在她熟悉群眾，群眾熟悉她的地方“遊街示眾”。馬車到了珠河縣小北門，敵人最後問：“你還有什麼話說？”
“為抗日鬥爭而死是光榮的！”趙一曼朗朗回答。
“鄉親們……”趙一曼要向鄉親們作最後的演說，心虛膽顫的敵人捂住了她的嘴，把她拉到車下。她掙紮著挺直了身軀，放聲高喊：
“打倒日本帝國主義！”
“中國共產黨萬歲！”
珠河縣（今尚誌縣）小北門響起了民族敵人的罪惡槍聲。無產階級先鋒戰士，抗日女英雄趙一曼英勇犧牲。