1931年初，梁大均、李天才脱离马仲英部，回到银川，经常到狱中探望杜润滋，共同分析革命形势。他们确定：“当前，主要任务是发动群众，抓枪杆子，掌握地方武装，等待时机，组织兵变，参加陕甘红军，建立红色政权。”4月，杜润滋秘密发展李天才为中共党员，指示李天才回到地方部队参军，伺机策动兵变；指示梁大均等人做马鸿宾部队和其他杂牌军的工作，伺机策动兵变。
1931年初，蒋介石任命马鸿宾代理甘肃省主席。７月，冯玉祥派高参李世军带着给驻陕西邠州的苏雨生、兰州城防司令雷中田的亲笔信，令其在甘、宁两地彻底消灭马鸿宾的军事势力，并令雷中田在兰州扣杀马鸿宾。
8月25日，雷中田在兰州扣押了马鸿宾，史称“雷马事变”。事变发生后，由于陕甘宁的新军阀与冯玉祥联合起来争夺宁夏地盘，而马氏家族兵力不足，防务空虚，杜润滋认为起义时机成熟，便指示李天才、梁大均等人秘密组织力量，分头做当地驻军的策反工作，准备发动兵变。
9月，梁大均等人后先联络了原宁中闹过学潮的李广成、李振邦、张琪、杜学义和马鸿宾部修械所的赵炮匠、东郊掌政桥的骑兵连以及驻扎在小南门的步兵排及宁北、宁南地方武装等人议事，研究兵变具体事宜。其计划为：骑兵连首先起事，与小南门步兵排配合，攻打警察局和城防司令部，各地驻军起来响应。他们将队伍定名为“抗日救国西北军”，杜润滋为司令，并拟定了各路负责人的官职，刻制了印章、委任状，待机在省城小南门举行兵变。
李天才回到中宁县宁安堡后，按照杜润滋的指示，积极策反原枣园护路队队长孙天才和恩和护路队队长张自箴进行护路队兵暴。经李天才、孙天才、张自箴共同商议，确定于12月23日实行兵暴。之后，李天才回到银川向狱中的杜润滋作了汇报，杜润滋表示同意，李天才返回宁安堡，伺机发动兵暴。
12月22日夜二更时分，李天才带领壮勇100余人踏营（袭击），发动兵变。由于把踏营时间搞错，踏营人员遇挫，起义队伍失控，兵变失败，李天才被捕。
宁安堡护路队兵暴失败后，梁大均等人决定在银川提前发动兵变。由于宁中学生缺乏严密的组织，起事日期泄露，致使敌人早有防备，骑兵连被解除武装，李振邦和参加兵变的骨干分子李玉柱、余大河、王子仁、赵炮匠、梁绍武、石贵川等被捕入狱。梁大均、杜学义从小南门逃出后，到甘肃环县寻找中共党组织，参加了环县游击队。小南门兵变遂告失败。