1930年初，习仲勋受党组织派遣到杨虎城部警备骑兵第三旅中做兵运工作。经过地下党组织的工作，全营发展党员30余人，成立了党的营委会，习仲勋任中共营委书记。1932年4月2日，习仲勋、吕剑人、李特生、许天杰等在甘肃两当利用部队换防之机，率领全营200多人举行起义，改编为陕甘工农游击队第五支队，习仲勋任队委书记。起义部队向北进发，行军千余里，沿途进行了五六次战斗，终因寡不敌众而失败。“两当兵变”是在中共陕西省委策划领导下，由习仲勋等共产党人组织发动的一次比较完整的兵运斗争，是继清涧起义、旬邑起义、渭华暴动之后西北地区较早的一次武装起义。起义虽然失败了，但是播下了革命火种，为以后的武装斗争积累了宝贵的经验教训。