同年秋，日寇对我珠河游击根据地进行残酷的烧杀，地方组织和群众损失很大。县委决定东北抗联军第三军主力部队向方正、勃利、汤原一带远征，开辟新的游击区，将赵一曼带领的地方游击连编入三军一师二团，她担任团政委。二团留在根据地，牵制敌人的兵力。
由于敌人的疯狂进攻，二团所处的环境一天比一天困难。1935年11月15日，赵一曼和团长王惠同带领二团50余名战士活动到亮珠河西左撇子沟附近，遭到300多日伪军的包围攻击。敌人的炮火很凶猛，二团人少子弹也不足，但个个英勇顽强，以一当十，连续击退敌人5次冲锋，击毙日伪军30多人。我军损失也很大，夜里突围时队伍被打散，王团长负伤被俘后遭敌人杀害。赵一曼左手腕被子弹穿透负伤，她突围后，与铁北区委宣传部长周伯学、战士老于、16岁的妇女会员杨桂兰、交通员刘福生会合到一起，来到小西北沟刘福生住过的小窝棚里养伤。
6天后，他们的行踪被特务发现。11月22日上午，珠河县日伪警察队袭击他们的住地，战斗中老于和刘福生牺牲，赵一曼左大腿骨被打断，昏倒被俘。敌人找了一辆牛车把赵一曼、周伯学和杨桂兰三人拉到珠河县城。赵一曼叮嘱杨桂兰，让她只说是找她来侍候伤员的，别的什么也不说，一切都由赵一曼承担。敌人查不到实据，关押28天后，把杨桂兰释放了。当时伪滨江省警务厅特务科外事股长大野泰治，正在珠河调查中国人民群众抗日斗争情况，他在伪县公署警务科见到赵一曼，怕她伤重很快死去得不到情报，就一面找个医生对她的腿伤进行简单的治疗，一面连夜进行审讯。面对凶恶的敌人，身负重伤的赵一曼表现出了一个共产党员坚强的意志和誓死抗日的决心。当大野问赵一曼为什么要抗日时，她忍着伤痛，愤怒地斥责说：“我是中国人，日本侵略中国以来的罪行，不是几句话所能道尽的。如果你是中国人，对于日军目前在珠河县的烧杀抢掠行为将怎样想呢？中国人民反对这样的日军，难道还用得着解释吗？我们中国人除了抗战外，别无出路。”
大野没问出口供，恼羞成怒，于是不断地折磨赵一曼，企图使她屈服逼迫。他用马鞭子凶狠地抽打赵一曼左腕的伤口，又用鞭杆狠戳赵一曼腿部伤处。赵一曼疼得死去活来。但不管敌人怎样残暴，她丝毫没有动摇抗日爱国的斗志。每次审讯，她总是坚决地对敌人说：“你们不用多问了，进行反满抗日并宣传其主义，就是我的目的，我的主义，我的信念！‘大野看出赵一曼不是普通的农家妇女，通过审讯其他被捕者，确认她是中共珠河中心县委的领导人。对这样一个重要人物，敌人自然十分重视。15天后，大野动用大批军警，把赵一曼带回了哈尔滨。
由于赵一曼腿部伤口溃烂化脓，生命垂危，敌人为了得到重要口供，就于12月13日夜里把她送进哈尔滨市立医院监视治疗。经过爱国医生张柏岩3个多月的精心治疗，赵一曼的腿伤已有好转。敌人为了便于对她审讯，把她安排在一个单人病房，而这也给赵一曼带来了活动的便利条件。她利用一切机会，向看守她的警察董宪勋进行爱国思想教育，向他讲了很多可歌可泣的抗日斗争事迹和革命道理。董宪勋是一个有正义感的青年，通过听“抗联”的斗争故事，使他对抗日英雄产生了敬佩之情。他还读了赵一曼写的文章，激起了他对日本帝国主义和汉奸的憎恨，唤起了他的爱国热情。经过20多天的时间，赵一曼终于把他争取过来。董宪勋表示愿意加入“抗联”，为民族解放献出生命。
敌人派来看护赵一曼的女护士、17岁的韩勇义是一个性格开朗活泼的姑娘，她知道自己护理的就是神话般的抗日女英雄，因此在护理中特别细心热情。赵一曼也像大姐一样关心她，给她讲“抗联”的故事，进行爱国思想教育，很快把她也争取过来。他们敬重赵一曼，决心帮助她逃出敌人的魔掌。
6月的一个夜里，值班的董宪勋闯进病房，神色慌张地告诉赵一曼：“日本人要枪决你了。”护士韩勇义听了连声哭泣。冷静下来后，他们一起想办法，董宪勋表示要想一切办法帮助赵一曼。开始赵一曼怕连累他们，但是经过苦劝，三人决定计划行动。韩勇义卖掉了自己的两只戒指和大衣，还把需要用的医疗用品准备好。他们决定赶在敌人之前的6月28日晚上行动。
经过周密的研究和准备，1936年6月28日夜里，韩勇义和董宪勋把赵一曼背出医院后门，坐上雇来的小汽车，开到郊区文庙附近。下了车，赵一曼又坐上事先等在这里的小轿子，于第二天早晨来到阿城县境内的金家窝棚董宪勋的叔叔董元策家里。在董元策的帮助下，当天夜里他们又坐上该屯群众魏玉恒的马车，准备奔往抗日游击区。
6月30早晨，就在距游击区只有20多里的李家屯附近，他们不幸被追捕的敌人赶上，赵一曼习惯地摸了摸平时挂枪的地方，才知道自己没有枪。她冷静地对董宪勋和韩勇义说：“别怕，无论出现什么事情，决不能说出我们去的地方。”敌人围住马车，用马鞭拼命地抽打赵一曼等人。赵一曼又落入了日伪的魔掌。
赵一曼等被带回哈尔滨，关进伪哈尔滨警察厅的拘留所里。敌人对赵一曼、董宪勋、韩勇义进行残酷的刑讯，董宪勋受刑过重死于狱中，韩勇义被