1939年夏秋，时任抗联第一路军第三方面军指挥的陈翰章，率部向吉林省安图、敦化地区的日伪军频繁出击，先后取得了多次胜利。9月下旬，陈翰章获取日军驻敦化县城的部队将向抗联发起“讨伐”的情报，决定在寒葱岭设伏，给予敌人迎头痛击。
寒葱岭位于敦化至大蒲柴河之间，敦化至大蒲柴河公路从中间通过，两边山高海拔千余米，山上多为原始森林，灌木丛生，是打伏击战的绝佳位置。9月24日，陈翰章率500余人于夜间秘密到达寒葱岭南坡高海楼店附近，按计划埋伏在公路两侧的高山密林中，等候敌人的到来。
25日上午，小股敌人驾驶汽车沿公路频繁活动，陈翰章命令埋伏的战士注意隐蔽，静等“大鱼上钩”。下午2时，日军“讨伐队”的先导车开进伏击圈，陈翰章命令放过先导车，集中力量打击敌人大部队。先导车经过后，敌人的大部队分乘11辆汽车依次驶入伏击圈。陈翰章见时机已到，一声令下，伏击部队立即开火，并使用障碍物将敌人的汽车队包围在一段600米长的道路上。日军纷纷跳下汽车顽抗。抗联指战员居高临下，向敌人发起猛烈攻势。在陈翰章的指挥下，指战员越战越勇，很快毙伤日军数十人。其间，附近敌人的“森林警察队”赶来增援，被抗联战士击溃。
侥幸逃出伏击圈的敌人先导车听到枪声大作，不敢回援，开足马力向大蒲柴河方向逃去。陈翰章料定大蒲柴河据点的日军会赶来增援，于是派出一个连的兵力在距离主阵地一里处的一个小山头上设伏待敌。逃到大蒲柴河据点的敌人先导车向当地日军报告了情况。大蒲柴河据点的敌人立即出动，乘汽车增援寒葱岭。这股敌人途中遭到抗联战士的伏击，只得下车，兵分两路：一部向抗联战士进攻，一部绕过抗联战士的阵地，步行向寒葱岭抗联主阵地移动。
此时，寒葱岭被围敌人得到救兵赶来的消息，连忙发起突围，与增援部队会合。陈翰章立即指挥抗联战士和敌人展开激烈的攻防战，很快消灭了敌人的突围部队。经过约2小时50分的战斗，抗联指战员击毙日军120余人，击毁汽车11辆，缴获轻重机枪4挺、步枪100余支、小炮2门、子弹70余箱。残敌仅剩20余人，全部躲进一个山洞里负隅顽抗。鉴于作战目的已经达到，陈翰章下令部队率先撤出战斗，携带大批战利品胜利转移。
寒葱岭伏击战给日伪军以沉重打击，极大鼓舞了抗日军民的斗志。不久，一首名叫《寒葱岭》的民谣就被当地群众纷纷传唱：“山岭下，喊连天，多辆汽车冒了烟，鬼子惊心回头看，复仇枪弹透心钻。”
