1928年4月任中共四川临时省委代书记。同年6月,赴莫斯科出席党的六大,当选为中共第六届中央候补委员。1929年4月,他发动和领导了万源固军坝起义,在川东地区树起了一面武装斗争的旗帜。同年6月,领导了邝继勋、罗世文等发动川军第二十八军第七混成旅的遂(宁)蓬(溪)起义,成立了中国共产党四川工农红军第一路总指挥部。中共四川省委正式成立后,刘愿庵任省委书记。
1930年5月5日,由于叛徒出卖,刘愿庵被捕。5月7日英勇就义,时年35岁。
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