唐集团各部奉令经南陵、繁昌到达太平，各部一到太平，蒋介石即下令将陈诚由第六战区副司令长官升为代司令长官。新官上任，陈诚马上开会对唐集团过往的历次战役进行检讨和奖惩，这一做法在抗战中虽然很常见，但也有明眼人指出，蒋、陈实际是在利用川军内部的矛盾对其进行分化瓦解，以便达到完全操控川军的目的。
刘湘事先对此一无所知，蒋介石、陈诚等人也从未与其进行过任何方式的沟通与协商。看到命令后，刘湘非常吃惊，但更令他感到伤心的是，他一直倚唐式遵为心腹干将，没想到唐式遵求官心切，就职前居然连招呼也没跟他这个老长官打一声。刘湘很难过地对幕僚们说：“子晋要干，说一声嘛，由我们报上去多好。”在医护人员的精心治疗和护理下，刘湘的病情日见好转。他虽身居病室，但仍不忘国家安危，常思如何挽救国难，重整军威。一天，他对几位守护在他身边的高级幕僚说：“南京失陷，敌人将大规模用兵，看来武汉难保。我有一个想法……”这是刘湘经多日深思所得出的一个战略构想，他计划将皖南的川军六师集中起来用于反攻芜湖，得手之后再由四川后方调出十二个师，集结于皖南、苏南，从而以黄山、九华山、天目山为根据地，设置第七战区防线。对于重新设置防线后的打法，他也已经考虑好了，准备以三分之一兵力参加游击战，随时出没于长江下游及京沪路、沪杭路，不断袭击敌人的运输线路及据点。
反攻芜湖战役由此打响，自此以后，刘湘的精神明显比以前好了很多。他每天或者在病房外唱唱很多年前的老军歌，或者到病房外的小花园里散散步，人不知不觉也胖了起来，引得幕僚黄秋侠跟他开玩笑：“甫公，你这个病害得不得了，再害就要害成胖子了。”刘湘有时也写写字，练练书法，某天在桌上兴笔写了两句古诗：“思亲泪落吴江冷，望帝魂归蜀道难。”黄秋侠一边拿去裱册页，一边恭维他说：“甫公，你快成书法家了。”刘湘思乡心切，他可能没有想到，无意中写下的这两句古诗有多么不吉利。望帝者，蜀之古君也，死后思念故乡，便化为杜鹃，常会一迭声地呼唤：“不如归去，不如归去。”1938年1月13日上午，冯玉祥会晤刘湘，两人谈了两个多小时，刘湘的精神很好，向冯玉祥大谈其团结抗战和建设四川的几大计划，声音很大，连外面都听得见。
下午一点以后，何应钦来访，又谈了约一个多小时，何应钦走后不久，刘湘就吐了很多血，而且昏迷了过去。此后他再也未能完全清醒，问他只能用点头或摇头表示。
幕僚傅常、黄秋侠等人一片慌乱，拿不出任何主张，刘湘的主治医生兼随身医药顾问李景畴也未能采取积极的抢救措施。直至17日，傅常才提出要输血，但刘湘的血管已经收缩，输不进去了。
20日下午八时，刘湘气绝，没有留下任何只言片语。有人认为，何应钦和刘湘的谈话可能使他受到了一些刺激，从而导致其病情加重以致不治身亡，但他们当时究竟谈了些什么，却无人知晓。
众人在为刘湘整理遗物时，从抽柜中发现一张纸条，上有刘湘亲笔写的两句杜甫诗句：“出师未捷身先死，长使英雄泪满襟。”谁也不知道他是在什么时候写的，但陪侍的人都视其为刘湘的遗言，后来有人将其带回了四川。
在刘湘生命垂危之际，幕僚替他起草了一份遗嘱，读给他听，然而那时他已经连头都不能点了。这份遗嘱中有一句很著名也感人至深的话，谓“抗战到底，始终不渝，即敌军一日不退出国境，川军则一日誓不还乡”，它和刘湘亲笔留下的诗句实际构成了刘湘病逝前心境的两个不同侧面。之后的很长一段时间，前线的川军各部在每天升旗时，都要将刘湘的遗嘱齐声诵读一遍，以示决心继承遗志，须臾不敢忘记。
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