曾為西北軍將領(lǐng)宋哲元部下，廬山軍官訓練團第二期畢業(yè)，后編入東北軍，曾任騎兵旅連長、白鳳翔騎兵第六師團長等職。西安事變時，因為他和白鳳翔都有為匪經(jīng)歷，善于“掏老窯”，因此命令他所帶的團，在西安事變中直接負責攻擊蔣介石侍衛(wèi)警戒的二道門和五間廳。為此，張還曾特別帶白鳳翔和劉桂五去見過蔣介石，目的是熟悉路徑，認清人，對于當時官階僅為上校的劉桂五，倒也是難得的“殊榮”了。 這段史實其實頗為值得玩味，因為張學良引見白，劉給蔣介石的名義，恰恰是因為要派他們兩人深入熱河日軍背后開展游擊戰(zhàn)！想來若蔣對抗日完全沒有信心或者興趣，是不會召見這兩個軍官的�？赡苁Y對張學良來說，不是不抗日，而是抗日的招法太緩，太猶豫吧。盡管有“掏老窯”的經(jīng)驗，由于天黑地險，蔣方衛(wèi)士訓練有素，攻打五間廳的戰(zhàn)斗還是持續(xù)了相當長的時間，直到指揮抵抗的侍衛(wèi)長錢大鈞被彈穿胸部（后被部下扶到一個窯洞中搶救，被東北軍俘獲），憲兵隊長蔣孝先（蔣中正之侄，俞濟時之表兄）戰(zhàn)死.才停止抵抗。這時，蔣介石已經(jīng)逃入驪山，劉桂五沒能將其生擒，后被劉多荃派人搜出。 西安事變解決后，白鳳翔被免職，但蔣方對團級軍官表示既往不咎，因此1937年10月，劉升任國民黨騎兵第六師師長，下轄兩個騎兵團，一個步兵團。率部防守綏遠(現(xiàn)內(nèi)蒙古呼和浩特)旗下營子。

　　一九三七年，抗戰(zhàn)爆發(fā)，國民政府命令打響抗戰(zhàn)第一槍的馬占山將軍在大同組建東北挺進軍，做出收復(fù)東北態(tài)勢，其主力即為騎三師井得泉部與騎六師劉桂五部。由于敵我力量懸殊，察綏大部失陷，靠東北挺進軍殺回東三省的可能性顯然太小。但馬占山毅然向北移軍大青山畔的哈拉寨，以游擊戰(zhàn)術(shù)縱橫伊克昭草原，并不斷率軍翻越大青山，向日軍腹地攻擊，成為晉綏側(cè)翼的一支重要力量。八年間日軍始終無法在這個地區(qū)徹底驅(qū)逐馬占山所部。

　　東北軍騎兵部隊在敵后的作戰(zhàn)一度有聲有色，馬占山之外，白鳳翔的熱河挺進軍也曾威脅多倫，輾轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)戰(zhàn)，1939年才在日軍重兵攻擊下于固陽兵敗，地點和劉桂五戰(zhàn)死處僅距離幾十公里。 在幾次穿越大青山的作戰(zhàn)中，劉桂五利用綏遠地廣人稀的特點，充分運用騎兵快速，兇狠的優(yōu)點，打了就走，屢立戰(zhàn)功。一九三八年三月，為了配合傅作義部反攻綏遠的作戰(zhàn)，馬占山部再次翻越大青山，在日軍背后發(fā)動攻勢，乘虛攻占涼城，河口，托克托等地，生擒偽蒙古軍騎四團團長門樹槐，劉桂五并率騎六師攻占薩拉齊火車站，活捉偽蒙康王（后作為俘虜送歸重慶）切斷平綏鐵路。

　　傅的反攻和日軍(駐蒙軍司令蓮沼蕃中將、第二十六師團后宮淳中將）在晉北發(fā)動的攻勢恰好撞車，損失較大，但日軍因為平綏鐵路被切斷深感震驚，主力掉頭攻擊馬占山挺進軍。由于日軍吸取了和馬部騎兵作戰(zhàn)的教訓，組建了大編制的摩托化部隊，并在飛機配合下攻擊馬占山部，使主力是傳統(tǒng)騎兵的挺進軍陷入被動。此時，馬占山為勝利所激動，一時貪攻試圖收復(fù)整個綏北，還在繼續(xù)向東方百靈廟和武川方向攻擊，發(fā)現(xiàn)情況危急后回撤不及。（夜襲武川之敵時，與敵原口聯(lián)隊千余人、裝甲車三十余輛遭遇。武川偽軍騎兵第二十五團約五百余人，也在日軍指揮下，向劉部左側(cè)攻擊。劉率部奮勇抵抗，終于殺出重圍，）四月二十日，后退中的挺進軍被日軍截擊戰(zhàn)敗。劉桂五率部斷后，奮力阻擊，激戰(zhàn)兩天兩夜，二十二日，部隊在黃油干子（今包頭附近）渡河時，馬占山司令部突遭日軍與敵坂倉混合旅團千余人及裝甲車七十余輛襲擊，劉師長率部就地抵抗，掩護軍部撤離，不幸中彈殉國，年僅三十六歲。

　　突圍的馬占山聽說劉桂五戰(zhàn)死，不顧危險返回后隊，撫尸大哭（馬與劉是東北軍時代的老友，袍澤情深）。因為戰(zhàn)況緊急，只能著部下暫時將其遺體倉促掩埋在河岸附近的亂石中。 起于草莽，殉于國家，大概就是說的劉桂五這樣的軍人吧。

　　當時的中國政府追贈劉桂五為陸軍中將。一年后馬占山率部再出大青山，為劉桂五重建陵墓，穿石為忠烈祠，并立“抗日陣亡將士紀念塔”以作紀念。1961年7月，陜西省人民委員會追認劉桂五為革命烈士。