厅特务科长山浦公久、特高股长登乐松、特高股长、警佐大黑照一和外事股长大野泰治一共4个人商讨怎样处置赵一曼。他们认定：“赵一曼女士，这个略显清瘦且成熟的中国女性，不是普通的农家妇女，在她身上弥漫着脱俗的文人气质和职业军人的冷峻。在任何地方见到她，你都能很快在众多的人当中看出她别于他人的风度。”“肯定是个受过高等教育，在共产党里占有重要地位的责任者。”“既然逮到了，应进行更加彻底的审讯。总要想法子让她对抗日组织起破坏作用，从而给自己取得功绩。”
特务科的日本宪兵为了逼迫赵一曼供出抗联的机密和党的地下组织，对她进行了残酷的拷问。“用了多种手法，进行了各种尝试，甚至不顾她的伤势，施加残酷的拷打，可是她一直没有改变态度。”据记载，刑讯前后进行过多次，采用的酷刑多达几十种，先采用包括鞭打、吊拷、老虎凳、竹筷夹手指、脚趾、拔牙齿、压杠子、扭胸肉、搓肋骨……等“轻刑”，轮番折磨赵一曼，让她长时间疼痛难忍、汗如雨下却不昏迷，以此来迫使赵一曼开口，但得到的回答却是她对日本侵略者罪行的控诉和誓死抗日的决心。每次审讯，她总是坚定地回答说：“我没有什么共党身份，强迫一个人说自己不知道的事情，未免太蛮横了吧？你说我是共产党员，你把证据拿出来！”“你们不用多问了，我的主义就是抗日，正如你们的职责是以破坏抗日会逮捕我们为目的一样，我有我的目的，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。”
日本宪兵又多次采用更残酷的酷刑，严刑逼供。从查到的档案看，所记录的文字十分惨烈，每个字里行间都浸透着血和泪，惨不忍睹：“……把竹签一根一根地扎进指（趾）甲缝内，再一根一根拔出来，换成更粗更长的签子再一根一根扎进指（趾）甲缝内，再……改用铁签，烧红后扎进一个个指（趾）甲缝内；最后，把翘裂开的手指、脚趾甲一片片拔下来，用钳子反复敲打指（趾）头，把一个个带血的残废指（趾）头慢慢浸入盐水桶里……从下午一直行刑到深夜。”
“……一口紧一口地往下灌辣椒水和汽油，肚子鼓涨得似皮球，再用杠子在肚皮上一压，灌进去的辣椒水和汽油又全从口鼻和下身溢出来。反复数次……”
“……不断地用鞭子把儿蘸着粗盐捅她手腕和大腿上的枪伤伤口，是一点一点地往里拧，碰到骨头后再不停地搅动伤口……”
在长时间的刑讯中，面对拷打，“赵一曼女士一直狠狠地瞪着审讯她的人，闭口不语，受过多种酷刑从没有开口喊叫一声”。“无论用什么手段都无法摧垮其坚强意志，其最后的表现，真不愧为一个共产党大人物的尊严。”日本宪兵“觉得很没面子，伤了日本军人的自尊”。
……只有电刑（第一次）“总算使赵一曼女士开口喊叫出声了”，“找到对付赵一曼女士的办法了”。
1936年4月末，日本宪兵对赵一曼实施第一次电刑，日本宪兵将赵一曼的手脚绑在刑椅架上，然后将电极一端夹在赵一曼的双腕上，另一端夹在脚踝上，对她施以惨绝人寰的电刑。据当时的审讯记录记载，当电流快速通到赵一曼身上时，“可以清楚地看到赵一曼女士的身子开始发起抖来，浑身汗珠一颗一颗地从皮肤下面冒出来”。随着电流变化节奏的加快，在这之前长时间的刑讯中受过多种酷刑从没有喊叫一声的赵一曼，这时也“难受得不停颤动，张大了口，不自觉地发出极度痛苦的凄惨呻叫”，最终也忍不住“发出厉声惨叫”，而且“叫得越来越厉害，全身肌肉紧绷，身体弯成弓形，整个胴体像筛糠一样”。
……赵一曼终于昏了过去。靠着顽强的意志，赵一曼最终还是没有屈服，没有供出抗联的机密。
酷刑之下，赵一曼伤口溃烂，生命垂危。由于日本特务机关认为她在共产党和抗日队伍里占有“重要地位”，“赵一曼女士是中国共产党珠河县委会委员，在党的工作上有与赵尚志同等的权力。她是北满共产党的重要干部，通过对此人的严厉审讯，有可能澄清中共与苏联的关系”。怕她死去得不到重要口供。为让她招供，从她那里获取重要情报，便把她转送市立医院，由伪警方监视治疗。
当时刚从哈尔滨医学专科学校毕业的刘锡强被分到市立医院的外科一病区做实习生，那时才二十出头。他回忆当时情景说：“赵一曼的伤势挺重，身上有几处枪伤，其中腿和手腕上的伤最重，隐约可见白骨。”
另外被日本人严刑拷打时“用烙铁烙的伤，血肉模糊，伤口很深。她<dfn>ｈtｔｐ://wｗｗ?99ｌｉb?ｎｅｔ</dfn>的一双手腕和脚踝因受了电刑而各留有一块烧焦的凹瘢”。
在市立医院，当时还不到17岁，当见习护士的韩勇义第一次见到赵一曼。几年后她回忆说：“赵一曼的湿发完全遮住了脸，我无法看清她的脸，我用双手颤抖着拢开躺在担架上还在昏迷中的赵一曼的乱发，一张苍白的、毫无血色的脸完全暴露出来，口中直流白沫。眼球突凸，两眼翻白，嘴角淌着血，鼻