“七七”事變后,松花江下游地區(qū)抗日斗爭的發(fā)展引起日偽軍的恐慌,他們調(diào)集5萬多人的兵力包圍抗日聯(lián)軍。對此,北滿臨時省委決定:跳出敵人包圍圈,組織部隊向西北遠征。1938年11月,李兆麟率領(lǐng)六軍教導(dǎo)隊和十一軍隊伍,翻越小興安嶺,向黑嫩平原遠征。此時的東北已是北風(fēng)呼嘯、大雪紛飛的嚴(yán)冬季節(jié),戰(zhàn)士們冒著刺骨的嚴(yán)寒在林海雪原中行進。白天分成小部隊活動,夜間在篝火旁露營,與饑餓、寒冷和疲勞作戰(zhàn),克服了種種難以想象的困難。經(jīng)過一個多月的長途跋涉,于同年底到達海倫縣境內(nèi),與先頭部隊勝利會師。期間,他寫下了著名的“露營之歌”:“朔風(fēng)怒號,大雪飛揚。征馬踟躕,冷氣侵人夜難眠?;鹂拘厍芭?,風(fēng)吹背后寒。壯士們!精誠奮發(fā)橫掃嫩江原。偉志兮!何能消減。全民族,各階級,團結(jié)起,奪回我河山?!?/p>
1939年5月30日,東北抗日聯(lián)軍第三路軍成立,下轄4個支隊。李兆麟任總指揮,率部在廣袤的松嫩平原開展游擊戰(zhàn),打擊日偽軍,先后攻克訥河、克山、肇源等縣城,開辟了抗日游擊區(qū)和后方基地。從1939年6月至1940年3月,抗聯(lián)第三路軍取得了30多次戰(zhàn)斗的勝利,繳獲武器500多件,斃敵250余人,攻克城鎮(zhèn)七八處。他還在朝陽山根據(jù)地開設(shè)干部訓(xùn)練班,提高部隊干部的素質(zhì)。
1940年底,抗聯(lián)部隊在極其艱難險惡的環(huán)境下遭受嚴(yán)重挫折,李兆麟和周保中等組織整訓(xùn)部隊,繼續(xù)堅持斗爭,任整訓(xùn)后的東北抗聯(lián)教導(dǎo)旅政治副旅長。抗日戰(zhàn)爭勝利后,他以中共代表身份任濱江省副省長,兼任哈爾濱市中蘇友好協(xié)會會長等職。面對當(dāng)時東北復(fù)雜的險惡形勢,他把個人安危置之度外,堅定地說:“如果我的血能擦亮人民的眼睛,喚醒人民的覺悟,我的死也是值得的?!薄 ?946年3月9日,李兆麟在哈爾濱被國民黨特務(wù)暗殺,時年36歲。為紀(jì)念他,哈爾濱市將道里公園改名為“兆麟公園”。