12月1日,泸州起义提前爆发;3日,顺庆也爆发起义。鉴于顺庆是预定借以依托的根据地,决定按原计划由刘伯承赶赴合川,率黄慕颜部起义,然后驰援顺庆,主持和指挥整个起义。
5日傍晚,当刘伯承赶到合川时,黄慕颜部已接到顺庆急电,离开了驻地。于是,刘伯承拄上手杖,在滂沱大雨中连夜追奔,终于在大河坝赶上了起义军。刘伯承自己也累得上气不接下气,半天站不起来。可他还是撑着,和黄慕颜等人就行军路线计议了一番。次日清晨,刘伯承又率部挥戈北指,直奔顺庆。然而,四川的反动军阀很快向起义军扑来。而泸州方面的义军,迟迟没有向北运动,敌军压城,起义军决定全部撤出顺庆。撤退中与敌军接火,敌人一面以敢死队猛冲,一面在阵前乱喊乱叫,进行煽动,竟使义军内部的动摇分子弃枪而逃,有的甚至临阵倒戈,将起义军一下推进了险恶之中。刘伯承提议起义军暂退开江县整顿。12月下旬,刘伯承率起义军两千多人,到达开江。这时,反动军阀杨森由于进攻武汉北伐军遭到惨败,转而伪装倾向革命,表示欢迎起义军,并邀请刘伯承和杨闇公到万县指导工作。于是,刘伯承、杨闇公先后抵达万县,与朱德一起研究时局的变化,商讨对杨森部进行工作,利用他来牵制另一四川军阀刘湘。
然而这一切美好的设想,都因蒋介石集团的叛变而付诸东流。
领导泸州起义,是刘伯承参加共产党以后第一次指挥军事行动,现在,守住泸州城的重负又压在他身上。攻城的赖心辉部是刘伯承的旧识,深知刘伯承用兵厉害,但仗着兵力强大,还是连连进攻,但都惨败而退。随后,他便“鬼”了起来:一面强攻,一面派出大量奸细混入城中,进行策反。这些奸细混入城后,窜到各部进行秘密活动,可被起义军揭露和破获。刘伯承下令,将主谋者十人立即处决。刘伯承虽在连日苦战,却一直没有什么正式名份;归依蒋介石的刘湘也在叫嚣:刘逆伯承,据险阻兵,私立名义,近复遥应武汉叛徒,共谋篡夺……这使得吴玉章对武汉政府很有意见。经他一再努力,到5月上旬,武汉政府总算给了刘伯承一个明确说法:任命他为国民革命军暂编第十五军军长。
这时候,泸州已是一座孤城。
粮食与弹药极为困难。刘伯承接到中央通知,证实杨森已出兵宜昌,向武汉国民政府进攻。这样,重庆军委会原先打算以杨森牵制刘湘的计划已经落空。刘伯承主张撤退,可是另两个起义军的领导陈兰亭和皮光泽却一反常态,对火烧眉毛的事却静若处女,并不愿撤。刘伯承不知道,他们早已与攻城的赖心辉达成默契,准备出卖刘伯承和政工人员,换取高厚禄。
5月中旬,刘湘又以五万元巨款,悬赏通缉刘伯承。陈兰亭等人的司马昭之心日急。其他共产党人和左派人士都劝刘伯承快走。刘伯承犹豫了。“攻在前,退在后”是他的治军宗旨,而今却要先退一步,他心里实在别扭。回头又与几个党员议,众口一词:“当走不走,必死无疑。”刘伯承哀叹一声,派人与城外旧识张仲铭疏通后,于5月16日,拉上参谋长韩百诚、参谋周国金两个共产党员,从龙透关脱出包围圈。至富顺时,反动军队搜捕极严。刘伯承见机折回,改向隆昌、荣昌走去。此后,刘伯承一行夜行晓宿,旅途极为艰险,恶虎挡道,土匪抢劫,真是九死一生。他们经大足、铜梁至达县,又由达县越过秦岭,到达西安。在两手空空之下,幸得陕西军务会办邓宝珊将军接济,才由西安转郑州,于1927年7月11日抵达汉口。
可以说,走向南昌起义的刘伯承,虽然名义上是国民革命军第十五军军长,手下并无一兵一卒。