日本宪兵在赵一曼身上施尽了种种最惨酷、最下流的毒辣手段，使赵一曼饱受了精神和肉体上的双重折磨。也仍未能摧垮她的革命意志，赵一曼始终坚贞不屈，以坚强的意志承受了最大的侮辱与磨难，挫败了敌人，战胜了严峻的考验。终令敌人迄无所获，没有获得一点有关抗联的口供。彻底击碎了敌人对她存有的一丝幻想,日寇完全绝望了。7月末，哈尔滨市警察厅把赵一曼案卷送到滨江省警务厅，警务厅长涩谷三郎看完后感触地自语：“可惜她不能为日本所用……。” 亲自抄起笔在案卷上批示：押送到珠河街（地处珠河县）示众后就地处决。
日寇只能让赵一曼死。赵一曼想的也只是死。但这是英雄式的死！胜利者的死！知道自己最后的时刻到了，赵一曼心情反而更加平静。伪滨江省警务厅的一份“报告”曾有如下记载，从中我们可以看到赵一曼视死如归、从容就义的感人情景：“在押送的途中，她虽然感觉到死亡迫近，但她丝毫没有表现出惊慌的态度，反而透露了‘为抗日斗争而死是光荣的！’的口吻”。
1936年8月2日凌晨，赵一曼耷拉着在酷刑拷问中被刀背击断臂膀的右手，被押往去珠河的火车。赵一曼清楚地知道此行意味着什么。在这生命的最后时刻，赵一曼最思念的就是自己的儿子。当年临产时，她正在宜昌做地下工作，把孩子生在了一个好心妇女的半间砖房中。她背着孩子一路讨饭，前往上海寻找党组织，受尽了千辛万苦，几乎在上海街头把孩子卖掉，在这么艰难的环境中拉扯大的孩子，让行将为国捐躯的母亲如何不想念！她向押送她的特务科长山浦公久手里要了一支笔，山浦公久以为她真的要开口了，忙从本子上撕下一张纸。然而，在短暂的时间内，赵一曼却是给幼小的儿子写了两份催人泪下，内容不尽相同的遗书，给她的孩子留下了一份珍贵的遗言：
宁儿：母亲对于你没有能尽到教育的责任，实在是遗憾的事情。母亲因为坚决地做了反满抗日的斗争，今天已经到了牺牲的前夕了。母亲和你在生前是永久没有再见的机会了。希望你，宁儿啊!赶快成人，来安慰你地下的母亲!我最亲爱的孩子啊!……母亲不用千言万语来教育你，就用实行来教育你。在你长大成人之后，希望不要忘记你的母亲是为国而牺牲的!（1936年8月2日你的母亲赵一曼于车中）
亲爱的我的可怜的孩子：……母亲到东北来找职业，今天这样不幸的最后，谁又能知道呢?……母亲的死不足惜，可怜的是我的孩子，没有能给我担任教养的人。母亲死后，我的孩子要替代母亲继续斗争，自己壮大成人，来安慰九泉之下的母亲!……。……你的父亲到东北来死在东北，母亲也步着他的后尘。我的孩子，亲爱的可怜的我的孩子啊! 母亲也没有可说的话了。我的孩子自己好好学习，就是母亲最后的一线希望。（1936年8月2日在临死前的你的母亲）
两份充满了舐犊之情、报国之意的遗书字迹刚劲清秀（现陈列在中国人民革命军事博物馆抗日战争馆里）。赵一曼这字字千钧的绝笔浸透着中国共产党人为国家、为民族、为人民甘愿献出一切的共产主义精神和大无畏革命气概，表达了一个坚贞不屈的母亲对自己的孩子寄予的无限希望。她不仅写给儿子，也是留给所有后来者的祈愿。信中记录的是悲壮的历史，是中华民族的伟大性格，是中华民族对独立自由的不懈追求，它是一个历程，更是一座丰碑。有这样英雄儿女的民族，称得起尊严；不忘这样优秀儿女的民族，称得起伟大。
到了珠河县，赵一曼又被关到她曾经住过的牢房.第二天天刚亮,她被敌人拖出来,周围站满了全副武装的军警。赵一曼明白了,敌人要把她押上刑场了。她将告别同志们,告别党,告别自己热爱的人民。
敌人将赵一曼绑在一辆马车“游街示众”。想以此妄图以此威胁我爱国群众，打击中国人民的抗日意志。为了鼓舞人民的抗日信心，赵一曼撑起伤痛的身体，端坐在车上，望着街道两旁的同胞，激昂地唱起了她最喜爱的《红旗歌》：“民众的旗，血染的旗，收殓着战士的尸体，尸体没有僵硬，鲜血已染红了旗帜……高高举起呀！血红的旗，誓不战胜，终不放手。牢狱和断头台来就来你的，这是我们的告别歌！”
敌人吆喝着,不许她唱歌.她毫不理睬,虽然声音不大,但却充满了激情,充满了视死如归的精神,她坚定地唱着这支给她力量的歌曲。敌人看到这位临危不惧,勇于牺牲的抗联女英雄,胆颤心惊。站在街道两旁的群众，被赵一曼宁死不屈的英雄气概感动得流下了热泪而目不忍视，心中燃烧起对敌人仇恨的怒火。
马车来到小北门外，刑场就在小北门外的荒地上。那里已挖好一个两米长一米宽的大坑,刑场四周站满荷枪实弹的宪兵和警察。赵一曼推开了要来架她的两个日本宪兵，不顾拉裂全身畸形挛缩瘢痕的剧痛，强行挺立起身体，拖着铐在身上三十多斤重的铁镣, 艰难的移动着步子，迎着灿烂的阳光向前挪着步,挪向那个挖好的大坑。
上午十时，警务厅监刑官西村威胁赵一曼：“你可要想清楚你的下场啊！” 赵一曼冷静地回答道：“你们可以摧残我的身体，可以把我打成烂泥，可是你们消灭不了我的信仰！” 西村监刑官彻底感到失望，只好按惯例问赵一曼：“还有什么话要说？”赵一曼说：“没有什么说的了，不过我家乡还留有一个八岁的儿子，如果能把我的话传给他，就这样传吧：母亲为了抗日运动，不能留在你身边教育你，但是母亲用实际行动给你指明了应该走的道路。仔细地认清母亲的行动，不要走错了路。”
这时候，西村监刑官命令两名宪兵卸掉赵一曼身上的铁镣,剥去上衣后，一个宪兵拿着黑布要给她蒙上眼睛。赵一曼怒喝着: “拿走!滚开! ” 知道这是自己为国捐躯的时候了，赵一曼坚定地对西村说：“刽子手,动手吧! 我要看着你们的子弹是怎样射穿抗日者的胸膛! ”4名宪兵端起步枪瞄准了她。她 “态度从容，毫无惧色，挺直身子，微笑着对着黑洞洞的枪口，”用尽全力高呼： “打倒日本帝国主义！” “打倒满州国！”“中国共产党万岁！”
西村猛一挥手，日本宪兵朝赵一曼身上同时开了几枪，赵一曼摇晃着歪倒在溅满了鲜血的苇席上，仰面倒下，四肢抽搐不止，脖子无力的向后垂了下去。验尸宪兵取下赵一曼尸身上的脚铐手铐后，西村发现她双臂击断，身上中了四弹，口鼻都喷出血来，眼睛却亮着，还没断气。嗜血成性的西村从一个宪兵手中夺过枪来，分别朝她身躯连刺几刀，鲜血缓慢地从赵一曼的伤口里流出，一点点染红了身边的黑土地……。赵一曼的大无畏精神和浩然正气，震撼了在场日本宪兵,他们发自内心的惊骇：“女匪英勇之极令人敬佩! ”
党的忠诚女儿、杰出的爱国者、抗日民族女英雄赵一曼以31岁的年轻生命和壮烈的战斗历程，谱写了一曲光辉的生命之歌，她热血洒地,壮志烛天,她和白山黑水卧在一起，她和蓝天沃野永驻在一起。(赵一曼就义后，日寇将她曝尸数日，不许百姓收敛，尸骨俱散。永远也找不回遗骨。她以女儿的情怀“孝敬”了自己的祖国，以母亲的胸怀永远热爱着这里的人民。)她给人们留下一帧安详文弱、面庞俊美、秀目含笑的遗照。照片上的赵一曼梳短发、椭圆脸、面容秀丽，而又透露出一股倔强，一股英气……。引起后人无穷的哀思和崇敬，她永远活在亿万人的心田。
赵一曼为中国人民的解放事业坚贞不屈的英雄气概和视死如归的崇高气节，将千古传颂。……朔风在大地上呼啸，白雪在天空中飞舞，长白山为她肃穆，松花江为她呜咽……久久地为抗日女英雄赵一曼奏着摧心的哀乐。
碧血丹心真女中豪杰,以身报国最民族英雄。赵一曼殉难后，中共北满党组织和抗日武装立即将她视为自己最伟大的女英雄，全东北的抗日联军也很快就将她视为自己最伟大的女英雄，随后，中国共产党和全中国人民也将她视为抗日战场和民族历史上最伟大的女英雄之一。赵一曼的名字从那时起，就像一颗耀眼的星辰，高高闪烁在抗日战场的上空；又像一团熊熊燃烧的火焰，日日夜夜灼痛着每一个中国人的心。
新中国成立后，伟大抗日女英雄赵一曼的事迹被拍成电影，她的光辉形象也永远铭刻在中国人民的心中。哈尔滨人民把她战斗过的一条主要街道“山街”改名为一曼大街，以志永久纪念。大街上的一曼公园, 赵一曼的青铜雕像就伫立在广场上。她还是当年的模样,齐耳短发被风扬起,身上的羊皮袄挂满莽原上的霜雪,腰里还是插着那支盒子枪。她的眼睛里饱含深情,日夜注视着这块被血泊浸透的土地。(为了让赵一曼魂归这片热土，尚志(珠河)人民在她就义70年前夕，为这位巾帼英雄举行“影葬”，将赵一曼生前的照片安放在她的殉难地。)
为了缅怀赵一曼烈士的事迹，在哈尔滨市和烈士的家乡宜宾市也分别建立赵一曼烈士纪念馆，宜宾市政府还将位于白花镇白杨嘴村的烈士故居改建为烈士陈列室，在白花镇中学和赵一曼曾就读过的宜宾市二中分别塑起了汉白玉烈士像，供千千万万人瞻仰。在宜宾市风景秀丽、松柏长青的翠屏山上“赵一曼纪念馆”，许多党和国家领导人为赞颂和弘扬抗日民族女英雄赵一曼为共产主义事业和民族解放英勇献身的革命精神题词。
郭沫若题词：“蜀中巾帼富英雄，石柱犹存良玉踪。四海今歌赵一曼，万民永忆女先锋。青春换得江山壮，碧血染将天地红。东北西南齐仰首，珠河亿载漾东风。”
董必武题词： “革命潮声杂鼓鼙，宜宾儿女动深闺。焉能照旧营生活？奋起从军弁易笄。北伐旗开胜未终，叛徒决策反工农。招来日寇山东阻，民族危机迫再逢。北去南来党命御，不因负病卸仔肩。工农解放须参与，抗日矛头应在先。抗倭未胜竟成俘，不屈严刑骂寇仇。自是中华好儿女，珠河血迹史千秋。”
宋庆龄题词：“赵一曼烈士为抗日坚贞不屈。”
陈毅题词：“生为人民干部，死为革命英雄。临敌大节不辱，永记人民心中。”
聂荣臻题词：“赵一曼同志早在二十年代就参加了我党领导的轰轰烈烈的干革命斗争，并为民族解放献出最宝贵的生命！表现了中华女儿的英雄气慨和共产党员的高贵品质。她的伟大的英雄形象和光辉业绩永远激励着中华儿女坚毅不拔开拓前进，为全人类的解放奋斗不息！抗日民族英雄赵一曼烈士永垂不朽！”
何香凝题词：“女中模范”。
1961年8月9日，党和国家领导人朱德元帅为抗日女英雄赵一曼烈士亲笔题词：“革命英雄赵一曼烈士永垂不朽” 。
1986年8月2日，在赵一曼牺牲50周年之际，赵一曼烈士汉白玉塑像在四川省宜宾市落成。党的第一代、第二代中央领导集体重要成员，时任中央政治局常委、中央纪委第一书记的陈云同志，亲笔为塑像落成题词：“抗日英雄赵一曼革命精神不死！”以表达悼念之情。
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