1938年4月20夜晚，马占山率部转战到内蒙古武川县红油甘子一带，经过连日激战已经人困马乏。马占山本人又发重感冒，当夜就住在红油甘子村。21日拂晓，日寇将马占山所在部包围在红油甘子村。敌人以150多辆战车和三架飞机，再加上数千鬼子，企图一举歼灭马占山所部。司令部已陷入敌人的重重包围。马占山下令部下四面出击以分散敌人兵力。
骑六师是马占山的精锐部队，师长是刘桂五。刘桂五率骑六师，利用骑兵优势突破敌人包围。从背后迅猛打击包围司令部的敌军。但敌人众多，刚击退一批，外围的敌人又迅速补充上来，这包围圈很难突破。此时，马占山亦组织反冲锋，里外夹攻，终于撕开裂口，马占山单枪匹马乘势突出重围，但因战斗激烈，连卫士长也未发现。刘桂五冲进司令部却找不到马占山，又被重新围上来的敌人堵住，不幸中弹受伤。战士们见师长受伤，急忙从四面向他汇集救援。日军见状，意识到刘的重要性，遂集中力量企图生擒。为此数名战士牺牲，刘桂五喝令战士不得援救，但战士们依然用生命抵抗敌人保卫师长。终因伤势过重，刘桂五壮烈牺牲。
刘桂五牺牲后，为夺取遗体，双方展开激烈的白刃战。刘夫人单枪匹马，出敌不意冲入阵地，蹬里藏身，奔到遗体旁，突然俯身把刘桂五抢上马身，在战火与血泊中夺取丈夫的遗体。此役毙敌千余，击毁敌装甲车20辆，骑六师几近全部壮烈牺牲。
刘桂五牺牲后，被追授为中将军衔。5月22日，刘桂五的遗体被运到西安，西安各界成立刘桂五将军治丧筹备处，公祭这位为国殉难的烈士。
蒋介石的挽联是：
绝塞扫匪夷，百万雄师奋越石
大风思猛士，九边毅魂拟睢阳
朱德、彭德怀的挽联是：
贵军由西而东，我军由南而北，正期会合进攻，遽报沉星丧战友
亡国难生何乐，殉国难死犹荣，伫着最后胜利，待取失地奠忠魂
《西安日报》《国民日报》《新华日报》都连续报道了刘桂五牺牲的消息和生前事迹。
1942年，马占山在驻地哈拉寨修建“忠烈祠”，为刘桂五立了牌位。1961年7月25陕西人民委员会追认刘桂五为革命烈士。
红油甘子一役，彻底粉碎了日寇西进的企图，为保卫大西北，保卫陕甘宁做出了巨大的贡献。
参见《府谷文库》（未出版）民间故事卷
府谷县非物质文化遗产保护中心提供
