1947年1月12日佛曉，國民黨軍隊突襲包圍了雲周西村，將全村村民全部集中起來，劉胡蘭被叛徒高密而被捕。隨後，國民黨軍隊又抓了陳樹榮、劉樹山、張年成等六人，最終，連同劉胡蘭在內，這七人當場被鍘刀鍘死，英勇就義。
劉胡蘭犧牲之後，那句主席的題詞“生的偉大，死得光榮”，就成為她15年短暫人生的最生動的寫照，而對殺害她的始作俑者，人民政府在解放前後也始終不遺餘力地進行追擊和懲罰。
在所有的罪犯中，親自鍘死劉胡蘭的徐德勝是閻錫山軍隊七十二師的一名連長，在解放後，他在老家祁縣藉著藥店工作為幌子，從事各種反動會道門的破壞活動，但他沒能嘚瑟多久，在1951年鎮反運動中，他被人指認出來，最後在1951年4月4日祁縣武鄉村槍斃。
至於出賣劉胡蘭的村民石五則，也沒什麼好下場，他曾經和劉胡蘭一起在村農會工作，由於包庇地主家的寡婦被劉胡蘭批評，隨後被開除出村農會，連黨員資格也沒了。懷恨在心的他向敵人秘密出賣了劉胡蘭等人，他也曾經被很多人懷疑過，但苦於沒有證據，解放後他一直逍遙法外，一直到1958年，公安機關經過常年調查，才查清了石五則出賣戰友的事實，在大量證據面前，石五則不得不承認了自己的行為。到1963年2月14日，他被槍決。
還有2個徐德勝的同夥是閻軍的七十二師二一五團一營副營長侯雨寅和二連指導員張全寶，解放後，侯雨寅逃亡外地，在1951年鎮反運動中，他不得不交代了自己的罪行，隨後躲在山西萬榮縣的張全寶也被捕，兩人在當年6月下旬，在雲周西村劉胡蘭犧牲的地方，在2萬多人參加的公審大會上被判處死刑，立即執行。
其他參與本次慘案的罪犯最後都得到了不同程度的懲罰，慘案策劃的主謀文水縣三青團書記長呂善卿，1947年2月2日文水城解放後被處決。地富復仇隊隊長呂德芳在解放文水中被擊斃，閻軍215團一營營長馮效異在晉中戰役中被擊斃；雲周西村偽村長孟永安還沒等宣判就在獄中病死；國民黨特務金川子、白佔林也在解放文水中被俘，一個被槍決，一個病死在獄中，其餘李天科、夏家鼎、郭鴻儀等6名從犯也先後被判處一定的刑罰。最終，參與殺害劉胡蘭等7名烈士的兇手都得到了應有的懲罰。
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