劉伯承在視察陣地後，對許團防務表示滿意，同時又指出加強夜間防務的辦法，命令證集全市煤氣燈，掛在城牆上，在城外堆積木柴多處，必要時點燃，使敵無法靠近。隨即又派人找來電影放映機，改作“探照燈”，親自教該團掌握使用，並在該處加強機關槍兩挺，迫擊炮3門。入夜，“探照燈”光柱四射，敵軍競訛傳是“蘇俄的新式武器”，“照後不死即傷”，一個個望而卻步。

龍透關是通往城內的唯一陸地通道，地勢極為險峻。敵軍先後20多次前來搶關，每次都遭到起義軍的英勇抗擊，潰敗而逃。4月下旬，敵軍又組織2000多人的“敢死隊”，猛攻龍透關，並以數團兵力和肖鎮南的民團沿岸佯攻，企圖一舉攻佔龍透關，拿下鐘山，敲開瀘州大門。劉伯承偵知敵軍詭計，遂將預備隊移龍透關加強防禦。為控制關下的一個“死角”，伏擊敵人，他命令夜間派出一個連到關外的隱蔽構築工事，潛伏等敵。第二天拂曉，當敵人“敢死隊”張牙舞爪地攻到關下，起義軍營長聶文清率部奮勇出擊，與敵肉搏。此時，埋伏在城外的連隊縱身而出，夾擊敵軍，接連三次打垮敵人的衝鋒。敵“敢死隊”棄屍200餘具，抱頭鼠竄。

賴心輝雖然深知劉伯承用兵厲害，但總以為依仗強大兵力，便可攻下瀘州。不料接連慘敗，弄得十分狼狽。於是，他一面加強攻勢，一面派大量奸細混入城內，進行策反。這些奸細混入城後，竄到各部進行秘密活動，先後被起義軍揭露和破獲。在核實情況之後，總指揮部下令立即鎮壓。漢口《民國日報》5月21日刊登的劉伯承瀘城來信中說：“前賴（心輝）部派來奸細，混進城內，煽惑軍民，意圖乘機滋擾，已於本（4）月17日發覺，將主謀者十餘人處決矣。”

4月18日，蔣介石在南京另立國民政府，並糾集反革命武裝，企圖以武力顛覆武漢國民政府。新舊軍閥更緊密地攜起手來，把槍口對準共產黨和革命人民。蔣介石任命劉湘為第五路總指揮，楊森為第五路前敵總指揮。5月22日《國民公報》報道：“擁蔣各軍又認劉伯承為心腹之患，若不消滅亦寢饋不安。”5月12日，劉湘再次發出“討伐”滬州革命軍的《通電》，聲言“湘於數月前奉蔣總司令電令討伐”，對起義軍極盡誣衊之能事，宣稱“劉逆伯承，據險阻兵，私立名義，近復遙應武漢叛徒，共謀篡奪。”“現已同二十二、二十四兩軍出師討伐，並知會鄰近駐隊，一體兜剿。”隨即又調集大批部隊向瀘州增援，妄想一舉撲滅瀘州義軍。為加強進攻火力，劉湘傾出老本，拿出最新的裝備法造路易式大炮、重機槍等，對瀘州展開猛烈的進攻。

5月上旬，經過吳玉章的一再努力，武漢國民政府任命劉伯承為國民革命軍暫編第十五軍軍長。劉伯承聞命更感責任重大，繼續堅守陣地，指揮起義軍英勇作戰。中共滬州組織和國民黨左派人士也積極動員和組織群眾支援守城。市民們行動起來，幫助運送彈藥、物資，收治傷員。運輸行業被組織起來，分別成立運輸隊、擔架隊、木船隊、預備船伕隊等。城內各團體攜帶慰問品分赴各部隊醫院和前線，熱情慰問傷病員和前線官兵，鼓舞滬州軍民殊死戰鬥。

滬州已是一座孤城，糧食和彈藥極為困難。但由於加強了內部的政治教育，及時粉碎了反動分子的破壞，一直保持著較好的革命秩序。起義軍不佔民房，不取民眾財物，實行公平交易。老百姓說：“滬州自古兵如穿梭，沒有一次不成災。只有劉伯承的革命軍，不拿、不搶、不抓夫。”1927年5月30日漢口《國民日報》報道：“滬城雖被圍困而人心並不惶恐，軍民感情，異常融洽。”

不久，劉伯承接到中共中央通知，證實楊森已出兵宜昌，向武漢國民政府進攻。這樣，重慶軍委會利用楊森牽制劉湘的打算已落空。他隨即召開軍事會議，討論撤退方案。但陳蘭亭、皮光澤對撤退表示冷淡，因為他們早已與賴心輝達成默契，準備出賣劉伯承和政工人員，換取高官厚祿。

5月中旬，劉湘又以5萬元鉅款，懸賞通緝劉伯承。陳蘭亭等謀叛日急。

在滬城的共產黨員和左派人士，見劉伯承處境危險，一再勸他先行出走。在這種情況下，劉伯承派人與張仲銘疏通後，於5月16日偕參謀長韓百誠、參謀周國金（均為中共黨員），從龍透關脫出包圍圈。至富順時，反動軍隊搜捕極嚴。劉伯承見機折回，改向隆昌、榮昌走去。此後，劉伯承等夜行曉宿，旅途極為艱險，惡虎擋道，土匪搶劫，真是九死一生。他們經大足、銅梁至達縣，又由達縣越過秦嶺，到達西安。在兩手空空的情況下，幸得陝西軍務會辦鄧寶珊