李范五要到中共中央北满分局开会汇报工作，孙西林决定派自己唯一的警卫员护送李范五前往。1月31日清晨，孙西林上班时，将已随自己跳上马车的警卫员赶下车，并叮嘱一定要保证李范五的安全。孙西林到办公室后，随即与市长商议各项工作。10点左右，伪装混入民主大同盟的国民党特务邬捷飞以及宁宪君、沈洪福、任哲贤等人潜入佳木斯市政府大楼，任哲贤、沈洪福分守前、后门，邬捷飞率宁宪君直奔市长办公室，宁宪君首先闯入办公室，邬捷飞在宁宪君身后开枪，孙西林头部中弹当即身亡，年仅36岁。孙西林遇刺牺牲后，佳木斯市将其遗体安葬在市内最大