天冷了，他看見毛澤東缺棉鞋穿，就讓愛人趕做棉鞋，還特別交代：棉鞋“裏子要棉，幫子要深，鼻梁要高，底子要厚”。教育幹部戰士要從整個中國革命的大局出發，絕對服從中央領導的指示與調遣。在他的帶動下，陝北紅軍和中央紅軍團結合作親密無間。周恩來稱讚他說：“劉誌丹同誌對黨忠貞不二，很謙虛，最守紀律，他是一個真正具有共產主義品質的黨員。”
1936年初，劉誌丹奉命率紅二十八軍，從神府渡河東征抗日。途中恰好遇到習仲勳，他還特意跳下馬來叮囑習仲勳回去以後好好開導曾受錯誤打擊的同誌，讓他們能夠全身心地投入到革命鬥爭中，為黨工作，不要太計較個人的得失。
劉誌丹率領部隊挺進黃河，沿途受到根據地群眾熱烈歡迎，大家聽說劉誌丹帶著紅軍回來了，方圓數十裏的熱心群眾也跑來看望，擠滿了紅軍的宿營地。一位雙目失明的大娘顛顛跛跛地趕來探望，眾人笑著說：“大娘，你怎能看見老劉啊！”她說：“看不見，我還摸不著嗎？”劉誌丹立即站在老人家麵前，拉著她的手，親切地說：“大娘，我就是劉誌丹。”老人家把劉誌丹從頭摸到腳，又從腳摸到頭，激動地流著熱淚說：“好哇！……好哇，你真是咱們老百姓的好人啊！”在場的群眾都感動得熱淚盈眶。
3月，紅二十八軍在賀家川一帶準備渡河。劉誌丹在廣大群眾的幫助下，最後確定在通往山西興縣的沙峁頭渡河。3月底，劉誌丹指揮部隊勝利渡過了黃河。過河部隊摧毀羅峪口敵軍指揮部，隨即橫掃興縣黑峪口、康寧鎮，沿途連獲勝利。當部隊進至山西臨縣白文鎮時，接中央軍委急電：“為了配合紅軍進逼汾陽，威脅太原，並打通前方與陝北之聯係，保證紅軍背靠老蘇區，命二十八軍即向離石以南黃河沿岸地區進擊，並相機攻占中陽三交鎮，牽製和調動敵人。”
劉誌丹立即率領部隊自白文鎮出發，一番激烈戰鬥終於按時抵達三交鎮附近。4月13日，彭德懷司令員、毛澤東政委下達了消滅三交鎮敵軍的命令。三交鎮是山西省中陽縣一個重要渡口，河西就是陝北根據地綏德。該鎮周圍都布置了堅固的工事，並由一個團敵人防守。劉誌丹為全殲敵人，親自觀察地形，仔細研究敵情，嚴密部署戰鬥。
4月14日拂曉，圍攻三交鎮的戰鬥打響了。上午，劉誌丹得知一團的攻擊遭到挫折，便同政委宋任窮商議，讓宋留在軍指揮所控製大局，他親自來到一團指揮所，和指戰員一起研究摧毀敵軍碉堡的方案，指出：“這次戰鬥與河東整個紅軍的安危有關，要號召每個共產黨員拿出最頑強的毅力，狠狠打擊敵人，爭取戰鬥的勝利。”
當日下午，正當劉誌丹在前沿陣地視察敵情，指揮戰士向敵人發起衝鋒時，不幸左胸中彈，當場昏迷。過了一會兒，劉誌丹清醒過來，他斷斷續續地告訴身邊同誌：“讓宋政委……指揮部隊……趕快……消滅……敵人。”說完便停止了呼吸。
劉誌丹犧牲時年僅33歲。人民無比敬愛的陝北根據地和紅軍的創始人劉誌丹，為中國人民的解放事業流盡了最後一滴血。
為了永記劉誌丹的英名功績，黨中央決定把劉誌丹的故鄉保安縣改名為誌丹縣，並於1941年3月修建了誌丹陵，藉此紀念這位“忠實英勇的紅軍領袖、陝甘寧邊區的創造者”。