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。
