地火運行，醞釀時機，加快開展武裝起義步伐
經過艱苦細致的準備工作，起義的條件日臻成熟。這時，一件小事成為引發起義的直接導火索。1932年春節剛過，時任第二團團長曹潤華突然做出將第一、第二營換防的決定，第二營遠在甘肅省徽縣、成縣一帶。當時，第一營的官兵大部都是陝西省禮泉縣、乾縣人，不願意到離家更遠的山裏去，一股抵製換防的情緒迅速在全營蔓延開來。
習仲勳召集營黨委成員開會認真研究了形勢，認為乘換防之機舉行兵暴是一個極好的機會。於是，派中共地下黨員劉書林（公開身份是營部文書）以買東西為名，速去西安向中共陝西省委請示彙報。中共陝西省委同意營黨委的意見，派省軍委書記劉林圃（一說為省委軍委秘書）為特派員，前往鳳縣傳達省委的指示。在劉林圃到達的當晚，就召開了營黨委會。劉林圃在會上宣布了省委關於立即舉行兵暴的決定。會議還決定，由劉林圃協助營黨委領導起義，兵暴時間就定在部隊換防之際，地點定在兩當縣城。起義後將部隊拉到陝西麟遊地區，與劉誌丹領導的中國工農紅軍陝甘遊擊隊會合。
幾天後，團部突然下達了“一營立刻開往徽縣換防”的命令。4月1日拂曉，第一營營部和第一連、機槍連奉命從鳳縣城出發，到雙石鋪和第二連會合，一起向兩當縣前進。黃昏時分，第一營抵達兩當縣城，各連在既定的地點安營紮寨。
晚上9時左右，在北街一個騾馬店內，習仲勳組織召開了營委擴大會議，全體黨員幹部參加。會上，他簡要地說明會議目的，並向大家介紹省委特派員劉林圃，劉林圃當即傳達了省委關於立即舉行兵暴的指示。為避免夜長夢多，會議決定當晚舉行起義，由劉林圃擔任軍事指揮，營黨委書記習仲勳參與組織領導全營行動，並製定了具體的行動部署。一場兵暴猶如運行已久的地火一般即將噴發。
舉起義旗，發動兵暴，打響甘肅土地革命戰爭第一槍
關鍵時刻終於來臨。2日零時許，驟然響起的槍聲，劃破了小城寂靜。緊接著，縣城四處接連響起了激烈的槍聲和呐喊聲，習仲勳等發動和領導的兩當起義正式開始了。
各連起義官兵分別向預定目標發動進攻。先後擊斃了第一、第二、第三連和機槍連的連長，並收繳了一些槍支。營長王德修聽到槍聲後，預感情況不妙，立即帶警衛班越牆逃跑，躲進了西山，抓捕營長王德修的計劃未能實現。因機槍連已有防備，並在房門口和房頂上架起機槍，負隅頑抗，起義士兵連續進攻未果，未能解除武裝。此時，敵援軍逼近，為減少戰士傷亡，劉林圃召開緊急會議，決定立即撤出戰鬥，下令200多名起義士兵迅速撤出兩當縣城，在北城門外窯溝渠旁集合，連夜沿兩當河向東北方向前進。
隊伍在習仲勳、劉林圃率領下，一路向北行軍，遭遇了多次激烈戰鬥，於翌日上午9時左右到達兩當縣境的太陽寺。在這裏，習仲勳召開營黨委會，研究部隊整頓事宜，隨後召開了全體官兵大會。會上，劉林圃代表省委給起義戰士講話，宣布將起義部隊編為“中國工農紅軍陝甘遊擊隊第五支隊”，選舉許天潔為支隊長兼第三連連長，習仲勳任支隊政治委員。這樣，一支新生的革命武裝誕生了。