此後，石友三的反共姿態鮮明，對八路軍不斷進攻。1940年（民國29年）2月，石友三遭到八路軍反擊，逃往山東省曹縣。其後，日本方面誘以河北省省長等職位，石友三乃策劃投降日本。1940年12月1日，石友三部下的新8軍軍長高樹勛，遵照蔣介石的秘令並經過軍統陳恭澍的組織，在濮陽對石友三發動兵變，逮捕了石友三。當天即將石友三處決，活埋而死。石友三時年50歲。