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　　两当兵变失败后，刘由乾县辗转回到西安，向中共陕西省委详细汇报了兵变的经过和失败的教训，并作了自我批评。随后，刘在省委军委负责组织工作，协助省委筹划创建陕甘边新苏区和红二十六军，还调派一批党员到驻在陕甘的杨虎城部和民团中开展兵运工作。

　　1932年9月下旬的一天，刘在西安民众教育馆前的阅报栏看报时，被叛徒发现告密遭捕，押往军法处。军法处施以酷刑要他供出省委的机密。他义正辞严地说：“要打要杀随你们的便，要我叛党是痴心妄想!”并怒骂法官的愚蠢和叛徒的无耻。国民党-无计可施，最后以“山东匪首张庆云”的名义，于同年9月26日将刘押赴西安习武园杀害。刑前，刘痛斥国民党蒋介石的罪行，不断高呼“打倒国民党蒋介石”“中国共产党万岁”等口号。