后，石友三的反共姿态鲜明，对八路军不断进攻。1940年（民国29年）2月，石友三遭到八路军反击，逃往山东省曹县。其后，日本方面诱以河北省省长等职位，石友三乃策划投降日本。1940年12月1日，石友三部下的新8军军长高树勋，遵照蒋介石的秘令并经过军统陈恭澍的组织，在濮阳对石友三发动兵变，逮捕了石友三。当天即将石友三处决，活埋而死。石友三时年50岁。
逸事.石一生中曾先后投靠冯玉祥、阎钖山、蒋介石、汪精卫、张学良等政治人物，甚至归顺日军，而又先后背叛之。石友三由于叛服无常，故有「倒