1947年1月12日佛晓，国民党军队突袭包围了云周西村，将全村村民全部集中起来，刘胡兰被叛徒高密而被捕。随后，国民党军队又抓了陈树荣、刘树山、张年成等六人，最终，连同刘胡兰在内，这七人当场被铡刀铡死，英勇就义。
刘胡兰牺牲之后，那句主席的题词“生的伟大，死得光荣”，就成为她15年短暂人生的最生动的写照，而对杀害她的始作俑者，人民政府在解放前后也始终不遗余力地进行追击和惩罚。
在所有的罪犯中，亲自铡死刘胡兰的徐德胜是阎锡山军队七十二师的一名连长，在解放后，他在老家祁县借着药店工作为幌子，从事各种反动会道门的破坏活动，但他没能嘚瑟多久，在1951年镇反运动中，他被人指认出来，最后在1951年4月4日祁县武乡村枪毙。
至于出卖刘胡兰的村民石五则，也没什么好下场，他曾经和刘胡兰一起在村农会工作，由于包庇地主家的寡妇被刘胡兰批评，随后被开除出村农会，连党员资格也没了。怀恨在心的他向敌人秘密出卖了刘胡兰等人，他也曾经被很多人怀疑过，但苦于没有证据，解放后他一直逍遥法外，一直到1958年，公安机关经过常年调查，才查清了石五则出卖战友的事实，在大量证据面前，石五则不得不承认了自己的行为。到1963年2月14日，他被枪决。
还有2个徐德胜的同伙是阎军的七十二师二一五团一营副营长侯雨寅和二连指导员张全宝，解放后，侯雨寅逃亡外地，在1951年镇反运动中，他不得不交代了自己的罪行，随后躲在山西万荣县的张全宝也被捕，两人在当年6月下旬，在云周西村刘胡兰牺牲的地方，在2万多人参加的公审大会上被判处死刑，立即执行。
其他参与本次惨案的罪犯最后都得到了不同程度的惩罚，惨案策划的主谋文水县三青团书记长吕善卿，1947年2月2日文水城解放后被处决。地富复仇队队长吕德芳在解放文水中被击毙，阎军215团一营营长冯效异在晋中战役中被击毙；云周西村伪村长孟永安还没等宣判就在狱中病死；国民党特务金川子、白占林也在解放文水中被俘，一个被枪决，一个病死在狱中，其余李天科、夏家鼎、郭鸿仪等6名从犯也先后被判处一定的刑罚。最终，参与杀害刘胡兰等7名烈士的凶手都得到了应有的惩罚。
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