1934至1935年，是陕北苏区大发展时期。1935年2月，在刘志丹、谢子长领导下，成立了西北工委和西北军委，实现了两个苏区(陕甘边与陕北)党组织和两支红军(红二十六军与红二十七军)的统一领导。谢子长负伤去世后，在刘志丹的统一指挥下，红军粉碎了敌人的第二次“围剿”，解放了延长、延川、安塞、保安、靖边、安定6座县城。长期被分割的两个苏区连成一片，面积达3万平方公里，人口90万，建立了20多个县的苏维埃政权，红军主力扩大到5000人，游击队发展到4000人，为党中央和中央红军落脚陕北创造了条件。

正当西北红军和土地革命运动蓬勃发展的时候，陕北苏区发生了错误的肃反。其时，刘志丹正在前方指挥作战，推行王明路线的“左”倾机会主义者却在后方先夺权后抓人，红二十六军营以上和陕甘苏区县以上的干部无一幸免。在莫须有的罪名下，许多同志含冤死去。“左”倾机会主义路线的执行者的倒行逆施，引起了苏区群众的极大疑虑。地主富农趁机挑拨煽动，地方反动势力蠢蠢欲动，以致一些地区出现了投敌“反水”的严重情况，整个陕甘边区革命根据地和西北红军都陷入极端严重的危机中。

就在这千钧一发的时刻，1935年10月19日，党中央和毛泽东率领中央红军到了陕甘根据地的吴起镇，与陕北红军胜利会师。毛泽东听到陕甘边区干部与群众反映肃反的严重情况，立即下令“刀下留人”，“停止捕人”。毛泽东说：“我们刚刚到陕北，仅了解到一些情况，但我看到人民群众的政治觉悟很高，懂得许多革命道理，陕北红军的战斗力很强，苏维埃政权能巩固地坚持下来，我相信创造这块根据地的同志们是党的好干部，请大家放心，中央会处理好这个问题的。”。接着毛泽东派王首道、刘向三、贾拓夫代表中央去瓦窑堡接管了保卫局，先将事态控制下来避免进一步恶化；随后指定组成在博古指导下的“党务委员会”负责审查陕北的肃反，在调查研究的基础上，“党务委员会”拿出了处理意见，毛泽东、党中央肯定了他们的看法，并指出：逮捕刘志丹等同志是完全错误的，是莫须有的诬陷，是机会主义，“疯狂病”，应立即释放，恢复工作。

刘志丹出狱后，毛泽东和周恩来亲切地接见了他，询问他的健康情况。毛泽东说：“你受委屈了，但对一个革命者来说，坐牢也是一种考验，又是一种休息。”毛泽东接着说：“陕北这个地方，在历史上是有革命传统的，李白成、张献忠就是从这里闹起革命的。这地方虽穷，但穷则思变，穷就要闹革命嘛!这里群众基础好，地理条件好，搞革命是个好地方!”。刘志丹听了欣喜万分，立即代表全体获释干部感谢党中央的英明处理，激动地说：“中央来了，今后的事情就好办了。”

刘志丹等出狱的消息传出以后，广大军民欢欣鼓舞，奔走相告：“老刘得救了!”“陕北得救了!”中央红军的同志说：“要是叫‘左’倾机会主义把这块根据地也搞掉了，中央连歇脚的地方都没有了。”不久，刘志丹被任命为新组建的红二十八军军长。正是由于党中央、毛泽东及时到达陕北，并采取果断的措施纠正了错误的肃反，才挽救了陕北根据地，挽救了刘志丹。

1936年2月上旬，为适应全国人民抗日救亡的迫切要求，中共中央决定组织中国人民红军抗日先遣军东征，派主力红军一军团和十五军团，东渡黄河进入山西。

红二十八军在刘志丹、宋任穷指挥下到达神府县境内，准备东渡黄河，沿途受到根据地群众的热烈欢迎。3月底，红二十八军胜利渡过黄河，一路旗开得胜，连战连捷。当部队进至山西临县白文镇时，接中央军委急电：“为了配合红军紧逼汾阳，威胁太原，并打通前方与陕北的联系，保证红军背靠老苏区，着令二十八军即向离石以南黄河沿岸地区进击。并可相机攻占中阳三交镇，牵制和调动敌人。”刘志丹立即率部队出发，接连打败小股之敌，4月13日到达三交镇附近。

三交镇是坐落在山西中阳县西部靠黄河的一个渡口，南北两面环山，两面临水，地势险要，易守难攻。镇内有重兵把守，沿河有坚固的工事。刘志丹对同志们说：“越往南走，离中央总部越近，一定要打好这一仗，打通山西前线和陕甘宁苏区的联系。”

4月14日拂晓，围攻三交镇的战斗打响了。红军指挥部设在南山顶上的党家山，距一团阵地不远。一团很快从东南面攻上山，进展顺利，接连拿下敌人的许多碉堡。南山守敌见势不妙，全部撤到北山固守，刘志丹便命令一团向北山攻击，与二团夹击北山之敌。时至中午，攻击不大顺利。这时才发现，原来的情报不准确，以为敌人只有一个营，实际上是一个团部、两个营，还加上个炮兵连。刘志丹和宋任穷商量，让宋任穷留在军指挥部掌握全面情况，他亲自到一团阵地查看，宋任穷让负责保卫工作的特派员裴周玉和参谋等随刘志丹一起前往。

在一个山包上只剩下刘志丹、警卫员和裴周玉三个人。当时虽然已经是4月，可是正碰上寒流的袭击，天气显得特别寒冷。刘志丹迎风站在高处，观察和谛听着周围的一切动静。他嫌棉帽的耳扇碍事，把帽带也绑起来，不一会就把脸冻得紫一块红一块，但他也毫不理会，只是停一会从衣袋里掏出那一块旧怀表来看看。他站在那里，眼下就是我们所要攻取的城镇，面前就是我们所要消灭的敌人，看着他气宇轩昂的表情，真像恨不得一口要把敌人吞下去似的。然而我们这时既没有炮，也没有炸药，全要依靠着红军战士的英勇，依靠着红军指挥员的智慧，来歼灭敌人取得胜利。

就在刘志丹指挥着红军战士对敌人重新发起攻击的时候，又是那挺敌人的机枪，突然射来一阵罪恶的子弹。当时裴周玉曾几次拉过刘志丹的衣服，让他的姿势低一点防止危险。谁知就在裴周玉最后一次拉他时，见他两只手往胸前一抱，踉跄着要跌倒下去，裴周玉不禁惊叫了一声，上前忙把他抱住，同时急喊警卫员说：“快去叫医生。”子弹是从刘志丹左胸部穿过去，很可能是伤着了心脏，伤口处流血很少，他的面色迅速地变得蜡黄。当裴周玉抱着刘志丹下到山包后边时，他已昏迷过去，呼吸极度微弱。停了一下，他神志有些清醒了，他那种坚强的意志，顽强的毅力，还想为党为人民做更多事情的精神，似乎一下子全都迸发出来，用劲挣扎着。低声告诉我：“让宋政委指挥部队，赶快消灭敌人!……”接着只看见他嘴唇蠕动，却再也听不见声音了。

军政委宋任穷很快赶来了，裴周玉等几位同志将刘志丹抬到军指挥部所在的阵地上，宋任穷跪下身来摸他的心脏和脉搏，察看伤口，这时刘志丹因大动脉出血已昏迷不能说话，不多时即溘然长逝，年仅33岁。裴周玉向宋任穷政委讲述了刘志丹中弹的经过，大家心情都非常悲痛，肃立在亲密战友的遗体旁脱下军帽致哀。裴周玉对在场的同志们说，“刘军长为中国人民的解放事业献出了自己的生命，流尽了最后一滴血，我们要化悲痛为力量，继承他的遗志，完成他未完成的革命事业，更多地消灭敌人，为刘军长报仇。”。然后把刘志丹的遗体抬上担架，把军大衣轻轻盖在他身上，一步一步地送下山坡。裴周玉把刘志丹牺牲的消息立即电告中央，并紧急筹划船只，制作了一具棺材装殓志丹的遗体，在场的数十人扶棺流泪与刘志丹决别。然后派人护送刘志丹的棺榇渡过黄河，运往党中央所在地瓦窑堡。

当刘志丹牺牲的噩耗传来后，陕北高原顿时为之震动。4月24日，根据地首府瓦窑堡数千人集会追悼刘志丹，广大群众和红军指战员莫不为失去这位像自己亲人一样的红军领导人而无比悲痛。“沙场喋血报党国，留得万民哭志丹”，正反映了当时人们的心情。

为了纪念刘志丹烈士，1936年，党中央应广大群众的要求，将刘志丹的出生地保安县改名志丹县。1941年，开始兴建刘志丹烈士陵园。1942年，刘志丹烈士牺牲6周年时，毛泽东亲笔题词：“我到陕北只和刘志丹同志见过一面，就知道他是一个很好的共产党员。他的英勇牺牲，出于意外，但他的忠心耿耿为党为国的精神永远留在党与人民中间，不会磨灭的。”1943年，党中央和陕甘宁边区人民在志丹县为刘志丹烈士举行隆重的公葬，毛泽东等党政领导人均为刘志丹陵题词。毛泽东为他题词：“群众领袖，民族英雄。”周恩来为他题词：“上下五千年，英雄万万千；人民的英雄，要数刘志丹。”

1996年，刘志丹被中共中央军事委员会确定为中国人民解放军36位军事家之一。2009年9月14日，他被评为100位为新中国成立作出突出贡献的英雄模范之一。

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