在刘伯承作《军事报告》的3天之后，即1926年12月1日，泸州起义提前爆发。消息飞报重庆。当时，莲花池党部召集的“一大”会议正在进行。
刘伯承立即与杨闇公等人紧急磋商。12月3日顺庆也爆发起义。鑑于顺庆是预定藉以依託的根据地，决定按原计划由刘伯承赴合川，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，刘伯承又拄着手杖，迈开双脚，在滂沱大雨中连夜追奔，终于在大河坝赶上了起义军。深夜，刘伯承和黄慕颜等人就行军路线和部队情况计议了一番。次日清晨，刘伯承率部挥戈北指，直奔顺庆。
顺庆是四川中部出产富庶的地区。该地驻军川军第五师师长何光烈，原属第一军系统，但一贯拥兵自重，自谋发展，不听调遣。讨贼战争中先是与刘湘达成默契，不出一兵一卒；后待熊克武失败离川后，率部投向了刘湘，被刘湘仍委为第五师师长，并保住了原驻地。何部旅长秦汉三和杜伯干，在刘伯承、吴玉章、童庸生等人的影响下，逐渐靠拢革命。中共党员吴季藩、黄直峰分别到两个旅当政治部主任。后来，秦汉三也被发展为共产党员。
何光烈对秦汉三、杜伯干两位旅长日益倾向革命大为不满。对他们提出的响应北伐、拥护国民革命等主张.更是百般反对和压制。他时常越权指挥团、营长，藉以架空秦、杜，伺机夺其兵权，以至除掉秦、杜。
在情势越来越紧迫的形势下，秦、杜秘密商定在12月5日趁何光烈在顺庆土门寺操场检阅时，逼何就范，宣布起义。并派人密告刘伯承。不料，事机泄露，使起义不得不一再提前。
12月3日下午5时，秦、杜指挥所部向何光烈的帅部进攻，在城内激烈交战。由于起义军英勇作战，何光烈携家眷、弁兵及少数部队仓皇出逃，并放火烧城。当天起义军胜利占领顺庆城，并很快组织了地方临时权力机构。
12月9日，刘伯承率合川起义军到达顺庆，随即召开紧急会议，详细了解起义经过，审视整个局势变化，对巩固和发展起义胜利，处理各部队关係，整肃内部纪律、布置民众生活等作了安排。第二天，刘伯承召集起义军7个团另两个营，共7000多人在果山公园举行誓师大会。会场两边的红柱子上贴着长联：“英吉利、美利坚赶紧缩头；法兰西、小日本各自滚蛋。”会上，刘伯承身穿国民革命军服装，正式宣布就任“国民革命军川军各路总指挥”。
并向起义军官兵讲话，号召各路部队团结一致，拥护和参加国民革命，打倒帝国主义，打倒军阀，坚持革命到底。同时，黄慕颜、秦汉三、杜伯干也分别就任第一、二、三路司令。
在刘伯承总指挥的主持下，起义军设立了总指挥部，采取了坚决的应急措施，使顺庆的混乱局面得到改变，恢復了社会秩序。
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。面对这一形势，刘伯承提出：迅速撤出顺庆，向川鄂边境前进，发挥起义军的精神优势，吃掉弱小军阀，壮大革命力量，向武汉政府靠拢。
正当顺庆的第一、二、三路起义军商议移动之际，从重庆送来杨闇公的紧急密信，告知已严令泸州义军火速北上，并指示顺庆义军原地坚守，等候会合。
于是，刘伯承又和黄、秦、杜进行会商，并在兵力部署上作紧急调整，改撤出城防为坚守顺庆。此时，军阀邓锡侯早已派两个团进驻嘉陵江右岸李渡一带，从南面对顺庆取监视状态。紧接着又加派李家钰旅4个团，从西面逼近顺庆。逃窜到顺庆北面南部县的何光烈，抓住手下的独立旅和骑兵团，并向邓锡侯部罗泽州师借来16个营的援兵，叫嚣着要“杀回顺庆报仇！”
在敌军压城的危急情况下，刘伯承命令秦汉三部第二团团长姚元锋率兵3个营，在城西紫云寨、二郎庙、插旗山一带担任警戒，日夜巡逻，防止敌人袭击。
12月13、14两日，敌人以8个团的优势兵力，分三路向起义军进攻。
刘伯承指挥起义军狠狠打击来犯之敌。但由于泸州义军并未北来会合，寡不敌众，起义部队处于十分不利的地位。他立即召集营以上军官会议，讨论放弃顺庆向东转移的方案，决定起义军全部撤出顺庆。
12月15日晨，为集中兵力攻城西之敌，掩护全军向东转移，他命令起义军第一路出两个营，第二、三路各出3个营，共计8个营的兵力，由秦汉三任前敌指挥，向李家钰部发起猛攻。因敌人兵力众多，火器精良，起义军多次进攻均未能得手。在战斗最激烈的时刻，他亲临西山前线督战，鼓励起义军官兵英勇杀敌。敌人一面以“敢死队”猛烈反扑，一面利用何光烈的名义，在阵前乱喊乱叫，进行煽动，致使义军内部的动摇分子弃枪逃走，甚至有的临阵倒戈，对起义军造成极大威胁。形势越来越险恶。
12月16日上午9时，双方在小老君进行激烈交火。刘伯承派部队拼死力战。但终因故众己寡，难以挡住敌人“敢死队”的疯狂进攻。当天下午，顺庆起义军向东北面的灯台场方向转移。到黄昏时，刘伯承和黄慕颜、秦汉三、杜伯干就地开紧急会议，商讨今后行动，刘伯承提议起义军暂退开江县整顿。