袁品文展视着刘伯承的书信，激动不已。几年前跟随刘指挥官南北转战、所向无敌的情景又浮现眼前。反对北洋军阀统治的激情和急于改变自身窘境的强烈愿望，在袁品文心中迸发。他两次与童庸生秉烛长谈，详细询问刘伯承对泸州起义的意图和设想，积极表示“以全部力量听省党部指挥。请向伯承兄转达我的革命决心。”随即派共产党员邓作楷为他的私人代表，到重庆与刘伯承密商泸州起义的方案。刘伯承对袁品文的积极态度表示热情欢迎，又再三嘱咐做好各项准备，等待时机，听统一号令行事。
驻守泸州城内的是第二混成旅，旅长李章甫原是第一军第三混成旅的团长，讨贼战争中敌对双方争夺泸州时拖着全旅投降了刘湘，因与刘湘有师生关系，即被刘湘任为旅长，并派驻财赋充裕的泸州城。后来，他又归隶赖心辉。他为人骄横暴戾，积怨甚多。连年来，他独占泸州粮、油、盐、百货、统捐、护商和一切税收，中饱私囊，横行四乡。对于国民革命，更是百般阻挠，害怕因此断了他的巨额财赋收入，顽固地维持军阀统治。
第十混成旅驻在沱江北岸的小市，旅长陈兰亭原是绿林出身，被第一军收编后任余际唐部独立旅旅长，讨贼军败退贵州时率部投降刘湘，后也归隶赖心辉。为了要分享泸州的盐款、税收，他屡屡与李章甫发生争执，矛盾愈积愈深。鉴于李章甫坚持军阀统治的顽固态度，中共重庆地委军委和国民党莲花池省党部确定以袁品文部为基本队伍，争取吸收陈兰亭参加起义，解决李章甫，摧毁泸州的军阀统治。通过在袁品文那里工作的邓作楷，向袁品文下达了起义的指示。
袁品文接到起义指示后，与邓作楷等进行了商议，确定了联络陈兰亭、铲除李章甫的具体计划。袁品文经与陈兰亭密商，陈兰亭欣然同意，他们又商定借军士训练学校学生毕业的机会，请李章甫来训话，然后乘机起事。12月1日，袁品文、陈兰亭依计行事，将应邀前来的李章甫擒获，树起国民革命军旗帜，宣布起义。经过一天一夜的激烈战斗，起义军于次日早晨将李章甫旅解决，胜利占领泸州城。
在占领泸州以后，起义军内部发生了很大的变化。陈兰亭整天与地方绅士周旋，四处伸手抓钱、抓粮以肥私，并暗中与贵州军阀周西成勾结。袁品文部团长皮光泽自恃起义有功，目中无人，对北去顺庆的命令根本不听，而是热衷于守着地盘吃饱饭，抱着“金泸州”发财。袁品文面对这种局势一筹莫展，致使泸州四面被困，内部日益不稳。
为了巩固和扩大泸州起义的成果，杨闇公、朱德、刘伯承于1927年1月中旬在万县开了军委会会议，分析研究了当前的局势与发展趋势，商讨了控制泸州的方案。最后决定：由刘伯承即刻到泸州，全权指挥泸州起义军。1月下旬，刘伯承赶到了泸州城。针对起义军内部涣散不统一的状况，他采取了果断有力的措施，全面进行整顿。他颁布了《国民革命军川军各路总指挥部布告》：“为布告事，照得本总指挥奉命整顿本军各路部队，现已到达泸城，从事整理一切，除分别呈令外，合行布告军民一体知照，此布。总指挥刘伯承。”印刷后广为张贴。
他在原泸县道署建立总指挥部，使泸州城的军政财务大权，高度集中，统一指挥。为融洽各路司令，定每日午后，在道署内集体办公。大批任用共产党员和左派人士，以带动和影响整个起义军。2月中旬，在校场坝举行的大会上，他到会作重要讲话，庄严宣布总指挥部成立，号召大家团结一心，彻底革命，“决不挂羊头卖狗肉”，“要搞三民主义，不能不要民生主义，而搞二民主义”。同时，陈兰亭、袁品文、皮光泽宣布就任国民革命军第四、五、六路司令。
中共中央、重庆地委先后派出的政治工作人员陆续到达泸州。刘伯承将他们分派到各起义部队。第四、五、六路设政治部、党代表，各团设政治指导员，绝大多数由共产党担任。总指挥部明确规定：部队对上对下公文，须经政工人员签署，方为有效。1927年2月25日《国民公报》报道：“刘总指挥对陈、袁、皮三部政治工作极为注意，除由政治部进行外，本人随时监督。”刘伯承深入起义军各部进行检阅，检查部队素质，督促训练等各项工作，准备迎接新的斗争。为着培训基层官佐和革命骨干，刘伯承还积极筹办军事政治学校，亲自兼任校长，由共产党员和左派人士充任教员。
泸州本是川南重要商埠，每月单盐税一项就达8万元之巨。李章甫占据泸城以后，百般搜刮，弄得民穷财尽，百业凋蔽，钱粮款项早已预征到1931年。加上泸城兵满为患，更使民众负担倍增。起义爆发，双方交战，又给财政带来新的困难。各部所需军费往往不如实上报，互相之间分派不均，义引起重重矛盾。不良分子乘机从中贪污作弊，制造混乱。为此，财政问题愈显突出，威胁着泸州军民的生计。为克服财政困难，刘伯承令县署及征收局借垫21万元以裕陈、袁、皮二部伙响。并果断运用政权力量，全面改善税收、财政机构，同时积极鼓励发展生产和贸易活动，使沪州经济渐渐复苏，市场也慢慢好转，商民称便。在起义军内部，实行财政公开，每周将收入总数（主要是护商处的收入）开会公布，然后再照各部队实有人数发响。虽然收入不多，但分配公平，各部尚称满意。
由于刘伯承号令严明，措置得当，在两个来月的时间里，就使混乱的泸城面目为之一新。革命的泸州，声威远播，引起川中各界瞩目，吸引着反帝、反军阀的各种力量。四川军政、教育、文化各界人士和人民群众，纷纷发来函电，表示对泸州义军的崇敬和支持，附近地区的许多有志青年，也纷纷前来投效。
在泸顺起义之初，刘湘就坐镇重庆，指使川军各部先镇压顺庆起义军，然后荡平泸州。1927年3月31日，重庆市民万余人，抗议英、美帝国主义炮击南京，在打枪坝举行大会。刘湘派军警特务进行镇压，当场打死打伤革命群众1000多人，随后又派遣刽子手到莲花池党部、省农会、市总工会等处进行搜捕，疯狂残杀共产党人和进步人士，杨闇公等惨遭杀害，制造了骇人听闻的“三·三一”惨案。关于这一惨案，1959年刘伯承在一次谈话中指出：“重庆‘三·三一’惨案是革命力量与反革命势力的一场尖锐剧烈的斗争。
它是蒋介石反叛革命，勾结英、美帝国主义，拉拢全国各地军阀、地主反动集团，执行屠杀政策整个计划的一部分。”
刘湘在重庆等地施行大屠杀、大搜捕之后，又派兵向泸州进逼，从4月13日起，先后占领小市、排山拗、滩尝胡市等地。贵州军阀毛光翔师早已占领泸州东侧沙湾一带。形成了对泸州的包围态势。
“三·三一”惨案以后，中共重庆地委被完全破坏，莲花池国民党左派党部被彻底摧毁，紧接着又传来上海“四·一二”大屠杀的消息，革命处在极端危急之中。4月中旬，泸州召开军民大会，愤怒声讨刘湘的反革命罪行。
刘伯承在会上讲话指出：单单悲痛是不够的，应当奋发起来，战斗下去。这时的泸州确实变成了四川革命的中流砥柱。重庆地委的领导重担自然落在刘伯承肩上，莲花池省党部的工作，实际也转到了泸州。
4月21日，刘伯承以国民革命军川军各路总指挥的名义，率先呈请讨伐与蒋介石进行勾结的四川军阀刘湘，呈文历数刘湘依附北洋军阀荼毒川境，易帜后阳奉阴违，压制爱国民主运动，尤其秉命蒋介石一手制造了“三·三一”惨案等罪行，表示：“呈请中央政府，免其军职，明令讨伐，执彼鬼蜮，交民审判，扫除革命魔障，而为死者复仇，职等秉总理之遗志，誓效忠于党国，愿率所部，报命前锋，临阵激昂，无任迫切待命之至。”
5月5日，汉口《民国日报》登载讨伐檄文时加了前言，严正指出：“刘湘与蒋逆勾结，肆意屠杀民众，极反动之能事，业经中央免职，交刘伯承等拿办……刘伯承为川中将领之最革命者，其于刘湘之种种反动行为，早已怒发冲冠，有必讨伐之决心，观其日昨致中央呈文，可见一斑。”
领导泸顺起义是刘伯承参加共产党以后第一次指挥军事行动，泸州守城战，则是对他最严峻的考验。在敌人的包围之中，刘伯承审时度势，冷静地分析了敌我友诸方的情况，召集各路司令及营以上指挥官会议，反复讲清利弊，认真进行商议，决定先依托“铁打的泸州”据险防守，等形势发展，再作下一步打算。这时，除刘湘的第二十一军外，第二十二军马昆山师已进驻兰田坝，第二十四军张仲铭旅也迸抵龙透关。围城敌军增至28个团，共约7万人，比起义军兵力大10倍。
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