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1932年4月1日凌晨，马占山以检阅部队为名，率卫队步兵一营、骑兵一营，携带军政两署关防印信、重要文件和巨款，潜离齐齐哈尔直趋拜泉。3日，会晤李杜、丁超、宫长海、冯占海、李海青诸部代表，共同制定了攻取长春、哈尔滨、齐齐哈尔的联合作战计划。7日，经克山、讷河抵达黑河，遂即通电全国，再举义旗。为此，他联合省内各抗日力量，成立了黑龙江省抗日救国军总司令部，自任总司令。他还以黑龙江省政府主席兼东北边防军驻江副司令的名义发电表示：“与日周旋，虽马革裹尸，亦所不惜。”5月初，他决定联合吉林自卫军进攻哈尔滨。15日，马占山亲自率军向哈尔滨挺进。不料，程志远叛国投敌，吉林自卫军也败退富锦、同江。因此，马占山军队在日、伪军重点围攻之下，不得不步步退却。6月1日，马占山在海伦会见美国、瑞士记者，揭露伪国内幕，阐述抗战经过及其意义。6月3日，海伦失守。此后，马占山处境愈加困难。7月14日，日军第十四师团和第八师团向马占山发起总攻击战。马占山被围困在绥棱县罗圈甸子一带，与敌血战3昼夜，伤亡惨重，所剩无几，最终冲出重重包围，收集残部，潜入大青山。在深山密林中辗转40余天，历尽千辛万苦，脱离险境，到达龙门。10月、11月间，马占山又与苏炳文合作，谋划攻取齐齐哈尔，均因敌强我弱而未果。至此，马占山看到自己势单力孤，已不能扭转大局。于是，便经甘南前往海拉尔。12月4日，由满洲里乘火车退入苏联。