亲自指挥并用铡草刀杀死刘胡兰等烈士的是徐德胜。徐德胜是阎军七十二师二一五团一营二连连长，文水解放后逃回祁县原籍。1949年，祁县解放后，许又到祁县贾令镇“万和堂”药店当了炊事员，进行反动会道门破坏活动。1951年在镇压反革命运动中，经过群众检举被逮捕，同年4月4日在祁县武乡村被枪决。
另两个凶手是阎军七十二师二一五团一营副营长侯雨寅和二连指导员张全宝。解放后，侯雨寅畏罪潜逃外地后被捕，在镇压反革命运动的强大攻势下，他才坦白交待了在云周西村犯下的罪行，并且供出了张全宝躲藏在山西万荣县家中的情况。后经公安机关将张全宝捕获归案。1951年6月20至24日，在云周西村惨案发生的地点，举行了文水县各界24000多人参加的公审侯雨寅、张全宝大会，并对侯、张两犯处以死刑。
杀害刘胡兰的真正匪首是朱永生。1954年8月的一天，河南省内乡县赤眉区公演歌剧《刘胡兰》，当演到大胡子连长指挥士兵铡刘胡兰的情景时，有个看戏的低声道：“哼，演得一点都不像。”引起一位老工人怀疑，立即报告了区公安特派员。经调查，这个人正是杀害刘胡兰的匪首朱永生。1954年9月，山西省公安机关将朱永生抓捕归案并押回山西正法。
出卖刘胡兰的叛徒是云周西村的石五则（石玺玉）等人。石五则原是村农会秘书，过去因包庇地主段二寡妇，受到过刘胡兰的批评。后来区党委为纯洁组织，撤销了其职务并开除了其党籍。1946年12月21日，伪村长被镇压后，大象镇恶霸、复仇队队长吕德芳等人来云周西村摸情况时，石五则就出卖了区长陈德照等人。
