1929年2月,在成都召開臨時省委擴大會議,劉愿庵傳達黨的六大精神,會議正式選舉劉愿庵任中共四川臨時省委書記。1929年4月,他發(fā)動和領導了萬源固軍壩起義,在川東地區(qū)樹起了一面武裝斗爭的旗幟。同年6月,領導了鄺繼勛、羅世文等發(fā)動川軍第二十八軍第七混成旅的遂(寧)蓬(溪)起義,成立了中國共產(chǎn)黨四川工農(nóng)紅軍第一路總指揮部。中共四川省委正式成立后,劉愿庵任省委書記。
1930年5月5日,由于叛徒出賣,劉愿庵在重慶被捕。軍閥劉湘早知劉愿庵的才華和他在我黨中的地位,妄圖收買他,以“院長”“廳長”等高位和每月薪俸二百元大洋為誘餌,要他脫離革命,退出共產(chǎn)黨。劉愿庵堅決拒絕了反動軍閥當局的勸降利誘和死亡威脅,保持了共產(chǎn)黨人的崇高氣節(jié)。他針對反動派的誘降說:“信仰不同,不可能同路。共產(chǎn)黨追求的是真理,共產(chǎn)主義是歷史的必然趨勢。這不是什么歧途,而是一條光明之路!”
5月6日,在敵人的軍事法庭上,劉愿庵神態(tài)自若,把法庭當講臺,宣傳黨的主張及共產(chǎn)主義真理。當敵人的軍法官詢問他的姓名和職業(yè)時,劉愿庵昂首挺胸,理直氣壯地答道:“全世界無產(chǎn)階級的斗士、中國共產(chǎn)黨黨員、四川省委書記劉愿庵?!痹诰芙^敵人的勸降和進行法庭上的斗爭后,劉愿庵深知敵人將會置自己于死地。臨刑前一天,他給愛人和姐夫寫了遺書,在最后不忘鼓舞妻子:“不要傷痛,努力工作,我在地下有靈,時刻是望著中國革命成功,而你是這中間一個努力工作的戰(zhàn)斗員!”
1930年5月7日,劉愿庵高呼著“中國共產(chǎn)黨萬歲”“共產(chǎn)主義萬歲”的口號,英勇就義,時年35歲。
如今,劉愿庵寫給姐夫的遺書藏于重慶三峽博物館,這封遺書長29厘米,寬24厘米,毛筆書寫,歷經(jīng)滄桑依然閃耀著信仰的光芒?!按松砑?yōu)楸粔浩日郀奚?,非有絲毫個人企圖?!眲⒃糕值某跣暮屠硐肟缭綒v史繼續(xù)激勵著后人。