1946年的一个秋天，国民党军大举进攻解放区，文水县委决定留少数武工队坚持战斗，大批干部转移上山。

 当时，刘胡兰也接到转移通知，但她主动要求留下来坚持斗争。这位年仅14岁的女共产党员,在已成为敌区的家乡往来奔走，秘密发动群众，配合武工队打击敌人。

 云周西村的反动村长石佩怀,为阎锡山军派粮派款、递送情报，成为当地一害。1946年12月的一天，刘胡兰配合武工队员将其处死。阎锡山匪军恼羞成怒，决定实施报复行动。1947年1月12日，阎军突然袭击云周西村，刘胡兰因叛徒告密而被捕。

 她悄悄地把奶奶给的银戒指、八路军连长送的手绢和作为入党信物的万金油盒这三件宝贵的纪念品交给继母后，被气势汹汹的敌人带走。刘胡兰在威逼利诱面前不为所动，被带到铡刀前眼见匪军连铡了几个人，怒问一声:我咋个死法?匪军喝叫一个样后，她自己坦然躺在刀座上。

 刘胡兰牺牲时，尚未满15周岁。