刘震东前往热河招募抗日义勇军，于热河，察哈尔一带开始了武装抗战。1933年2月，日军向热河抗日武装发动进攻，刘震东率所部义勇军5千余人，在开鲁、赤峰一线与日军激战。
刘震东本身非常勇敢、很有血性。他手里的部队实际上都是临时拼凑的人，是他拉过来的散兵游勇组成的，组成当时能打到这个程度是不错的，它击退了日军的好几次进攻。
但此时中日之间的关系微妙，国民政府对未来和平仍抱幻想，日本内部此时也危机重重，日本少壮派以“爱国主义”的名义，绑架军队挟持政府，在非理性的路上越走越远。蒋介石则力求避免刺激日本少壮军人，在此背景下，刘震东的义勇军，与北方抗日力量吉鸿昌的同盟军等都被视为异端，被迫强行解散。
刘震东削职在家，心中甚是苦闷，他一度谢绝了与外界交往，独自在家，一面潜心研究从红军处学来的游击战术，以待东山再起，一面写字、作画，排解心中的郁闷。
1937年11月，淞沪抗战失利，日军攻陷上海，兵锋直指首都南京，刘震东终于等不下去了，他致电国民政府军政部长何应钦，请求带兵抗战，未得到答复，遂撇下家人直赴南京，向国民政府请缨抗日。由于刘震东的坚决要求，国民政府终于答应了他的请求，他被调往第五战区，任战区高参兼第二路游击司令。
这个名义给他以后，这个兵源叫他自己招，给养自己解决。刘震东接到任命，速让二弟刘震西回到老家变卖家产，自筹资金，招募抗日军队，刘震东这一“败家之举”遭亲属强烈反对。他就说为了抗战，家里的，倾家都在所不惜，所以这个，刘震东这个人抗战热情非常高，抗战的意志非常坚定。
就在刘震东摩拳擦掌时，1938年2月，侵华日军坂垣师团从胶州湾登陆，沿胶济路南下，直逼莒县。时正值台儿庄大战前夕，如坂垣经莒县攻占临沂，与沿津浦路南下的另一路日军矶谷师团在台儿庄会师，则战略要地徐州危矣。
莒县，位于山东东南，历史悠久，春秋时为莒国，莒国虽小，自古就有不畏强敌抗击大国侵略的传统。《左传》载，襄公二十三年，齐侯袭莒，伤股而退，再战，莒君亲鼓而伐之，当年齐公子小白曾因内乱到莒避难，后积聚力量重返齐国，成为春秋五霸之一的齐桓公。
莒县城这个时候，县长叫许树声，就是这个已经逃跑了，领着老百姓全逃了，是个空城。这时，日军距莒县仅七八公里，县城既无守备，也未修筑防卫工事，城墙四门大开，百姓逃亡，城内汉奸弹冠相庆，准备迎接日军进城。当时城关的老百姓没有敢在，没有敢在城的这了，所有做买卖的，干商业的，有的是搬家的就搬走了，搬不掉的连货物就扔了，就是弃城逃命去了。在这千钧一发之际，在附近游击抗日的刘震东率部进入县城，准备迎击日军。
1938年2月22日是刘震东的后人永生铭记的日子，这天凌晨零时十五分，从临沂赶来增援的庞炳勋部一个团，在旅长朱家麟率领下赶到县城，并将南逃的县长许树声和县游击大队截了回来。援军到来，刘震东本应交接防务，将部队撤出县城继续打游击，但刘见援军因赶路大汗淋漓，当即让朱家麟部稍事歇息，自己率部先抗击日军，当时曾有部下言，咱们是游击军队，不擅长守城，既然正规部队来了，就应撤下，让正规军守卫。
凌晨五时，日军坂垣师团片野支队兵临城下，向莒县发起攻击，县城西北角是当年战斗最激烈的地方。
在县城西北角，刘震东率部与攻城日军激烈争夺。危机中，北面城墙被日军炮火击毁。倒塌了几丈宽的豁口，刘遂亲自率人防堵。在城墙上，他挥舞指挥刀，从西向北连劈敌兵数名，就在这时，十几名日军从缺口处爬上了城墙，刘震东率人飞奔而来，将日军赶下城。登城日军以机枪向刘疯狂扫射，刘震东冲锋在前，不幸中弹。这位当年独闯关东的山东好汉，倒在了古老的莒县城墙上。刘震东殉难时，未及留下一句话，事后，人们才发现他于战前，写给远在西安几位太太的一封家书。家书中写道，丙辰儿有下落，已走入救国的道路甚好，长生儿补习功课也很好，我在外专心杀贼，万一不小心被日贼把我杀了也更好，在此期间只有牺牲一途，别无路去走，家里事也没心去顾虑，实在也顾虑不及了，只等待将日本贼杀个干净，才能卸了我的责任。
刘震东将军殉国后，当年的《新华日报》曾刊载了，莒县我军奋勇杀敌，刘震东氏壮烈牺牲的专题报道，第五战区在徐州为他举行了隆重的追悼会，由战区司令掌管李宗仁主祭。3月9日，国民政府发布褒扬令，追赠刘震东为陆军中将。