1940年2月23日，正是長白山的嚴冬季節。楊靖宇衣著單薄，腹內空空，還患著感冒。他孤身被圍，在一塊臥牛石旁燒毀了全部文件。敵人順著楊靖宇在雪地上留下的腳印追了上來，對他形成了包圍。楊靖宇憑借岩石，雙手用兩隻手槍向敵人射擊，邊走邊戰。在一棵大樹下，楊靖宇用不斷射出的子彈回答敵人的勸降。在持續了20多分鍾的槍戰後，幾顆罪惡的子彈射入了楊靖宇的胸膛，一路嚷著“投降吧，楊靖宇，投降了讓你做東邊道的司令”、“捉活的，捉活的”的日軍看到楊靖宇的遺體，按理說，應該是欣喜若狂的，因為少了一個讓自己聞風喪膽的對手。然而，他們顯得很沮喪，甚至有些遺憾與失落，因為楊靖宇令他們真正歎服。楊靖宇犧牲時年僅35歲。
楊靖宇犧牲後，日本的警察廳、日本關東軍頭目和偽軍都不理解，他怎麼能夠在零下20多度的山裏頭打這麼多天，附近連一個村落都沒有。遺體隨即被運往蒙江縣民眾醫院，日軍軍醫施行解剖。冷光明晃的手術刀切開了楊靖宇的腹部，劃開胃囊，在場的殘暴的日軍、日偽，無不震驚——隻見裏麵一粒糧食也沒有，僅殘留著草根、樹皮、棉絮……據說目睹整個解剖過程的一個日軍軍官，從楊靖宇身上看到了中國人不可征服的氣節，對“聖戰”產生了懷疑，以致精神分裂，先用毒藥殺死了自己的妻兒，然後切腹自盡。
當時通化地區的討伐司令叫野負倉德，在一個偉大的民族英雄麵前，他覺得自己很渺小。最後他為楊靖宇立了一塊碑，親自召開了一個祭靈會。野負倉德承認，楊靖宇是日本軍人的一場噩夢，中國竟有如此威武不屈的將軍。另一方麵，野負倉德考慮到楊靖宇在抗日群眾中的影響力，為了營造“抗日，隻有死路一條”的輿論氛圍，他喪心病狂地命令一個叫“張奚若”的偽軍砍下了楊靖宇的頭顱，放入木箱，送到了通化市偽警察部。1940年2月25日，日軍將楊靖宇的頭顱掛在通化市的鬧市區進行示眾，希冀以儆效尤。3天後，頭顱被送到了新京（長春）關東軍司令部，放在2樓的藥物科，由藥水浸泡保存。
1945年8月，抗日戰爭勝利，國民黨接收了日偽政權，楊靖宇的頭顱被轉移到長春醫科大學醫療器械室。
1948年10月，解放東北的戰爭到了關鍵時刻，尤其是圍困長春的戰鬥步入決定性階段。城內10萬敵軍被我人民解放軍打擊和圍困達7個月之久。此時，楊靖宇將軍的遺首仍在這座孤城內，國民黨特務從日本關東軍的手中獲得頭顱後，就立刻秘密藏匿起來。國民黨特務究竟將英雄的頭顱藏匿在哪裏呢？原來，日本投降後，長春被偽滿殘餘暫時接管。1946年4月，我軍經四晝夜激戰，奪取了長春，但還未弄清楚楊靖宇頭顱的去向，就被迫撤出，長春遂被國民黨軍占領。我軍圍困長春後，時任中共長春地工小組組長的李野光，接到了中共中央東北局下達的一項任務，要他協助有關方麵迅速找到楊靖宇與陳翰章的遺首。經過深思熟慮後，李野光立即指示打入城內的鬆江軍區地下工作者杜文學等人，在孤城內秘密開展尋找楊靖宇頭顱的工作。
經過多方打探、尋找，地下小組成員劉亞光查到了楊靖宇將軍頭顱的下落：長春醫學院。當時醫學院被國民黨騎兵第2旅占據，該旅衛生隊就設在長春醫學院附近。如果能夠打入旅衛生隊，就有可能進入醫學院，查找楊靖宇將軍的遺顱。地下小組成員李廣德立即將這一情況和方案向上級做了彙報，得到批準。不久，劉亞光打入了該衛生隊，當了中尉軍醫官。