此后，学生们和魏海的矛盾冲突升级。为了应对这一事态变化，党团组织开会研究新的斗争方式和策略。
此时，中共中央和中共陕西省委的一系列指示的传达和省立渭北中学的学cháo，促使第三师范党团组织作出了除掉训育主任魏海的决定，并得到上级党组织的同意。从一九二七年十一月到翌年一月，中共陕西省委先后多次接到中央关于发动农民bào动夺取政权的指示函件，并于一九二七年十二月七月召开第二次省委全会，修改了第一次全会《两个月工作回顾及政治问题决议案》，将“准备总bào动”修改为“组织农民在农民协会旗帜下发动抗税抗粮的部分bào动，以至总bào动”。三原渭北中学党团组织，据此发动了驱逐反动校长杨少农的学cháo。十二月十九日，中共陕西省委就渭北中学学cháo特别指示三原县委：“在三原城应用赤色恐怖以抵制白色恐怖，渭北中学学cháo要坚决的领导，作积极的斗争，对杨某应指定同志以非常的手段对付之，愈速愈好。”省委指示传达后，渭北中学学生将杨少农驱赶出校。
三师训育主任魏海记进步学生黑名单之事，引起中共三原县委高度重视。县委学生运动负责人武延俊在东关操场召集宋文梅、习仲勋、程建文开会，研究对策。他们即以省委对三原县委指示信jīng神，作出采取非常手段除掉魏海的决定，同时提出了采用炸药炸或放火烧死魏海的方法，报请上级组织批准。后来他们反复考虑，如果使用炸药，可能出现炸不了对方，反而炸伤自己的情况;放火烧房，极有可能引发大火，烧毁学校，造成大的损失和伤害，对大多数学生更为不利。遂请求党组织改变计划，采取投毒的方法毒杀魏海。行动方案得到了县委负责人的同意，并指定由程建文执行。一九二八年三月下旬的一个星期六，程建文将一种叫“人缘巴豆”的毒药投入三师教师灶的稀饭锅内，部分教师餐后呕吐腹泻，轻微中毒。毒杀魏海未达到目的，反而行动bào露。地方反动当局当即派人追查。三师“毒杀案”在渭北以至全陕西地区反响qiáng烈。习仲勋在数十年的革命生涯中曾多次因此受到审查，而不得不作出必要的说明。
“三师毒案”从它发生的原因和结果、可能性和现实性、动机和目的，似乎长期不为人民所理解，特别是对采取给教师饭锅投放毒药的斗争方式，还多有微词。然而，任何事情的发生，都离不开特定的历史条件和社会环境，当事人的思想行为也受其年龄、经历和受教育程度的影响和局限。如果把这一事件放在大革命失败以后蒋介石血腥镇压革命，疯狂毒杀共产党人的严酷形势下去考察;如果透过发生在北方县城的这一小事，看到年轻的政党曾受“左”倾盲动主义严重影响，提出的革命方针就是全国bào动，武装夺取政权，一时以红色恐怖对抗白色恐怖的口号连天，对国民党反动派的仇恨与争取革命胜利的急性病相互jiāo织，革命的英雄主义和冒险盲动情绪同时进发;如果穿越近七十年的历史烟尘，看到事件的行为于仅是一群刚刚步入初级师范的十三四岁的热血少年，人们就难以苛求他们做出更为周密、更为成熟、更为准确的举动。相反，先辈们坚定的革命信念、勇敢无畏的斗争jīng神和果决的英雄壮举，却令人肃然起敬。
●系狱
已是清明时节，渭北高原的chūn季乍暖还寒。
“三师毒案”发生后，三原城头乌云翻滚，yīn风阵阵。
先是被省立渭北中学驱赶出校的杨少农，勾结国民党三原县政府带地方武装包围了渭北中学，逮捕了共产党员八名，共青团员三名，进步学生十余名。继而反动当局向第三师范发动“围剿”。
“三师毒案”发生后第三天早晨，学生刚刚起chuáng，有的已开始吃早饭。凄厉的警笛声、吵闹声在学校周围响起，国民党三原县县长带军警特务一百余人将三师团团包围。学生只许进入，不许走出校门一步。接着将全校师生集中在一个大教室里。习仲勋从其他同学传说中得知，这是当局追查“毒杀案”，他转而又想，党团组织负责人宋文梅已经逃离学校，执行者程建文亦外出躲藏，因而心里较为平静地和同学们一起进入教师。几名警察满脸杀气地站在室内和门口，空气立刻紧张起来。
王藩臣板起面孔训话：“我谆谆告诫，苦苦忠告你们要安心上课，不要胡闹，但有的人居然给先生锅里下毒，幸而中毒较轻，都已抢救过来了。”
县长马润昌用恐吓的口气说道：“学校有坏分子捣乱，这里的人都不许动，谁动就对谁不客气。我们要叫几位同学去县府，把这件事研究研究。”说完即按魏海三月十二日记下的名单，将习仲勋和李彦仓、王秉衡、董子平(易正)、华岳重(西峰)、刘继锷、高天作、刘全中、惠贞祥(得林)带到国民党县政府。此时，已躲进三原民治高小的程建文也被三原当局逮捕，同时还带走了民治学校学生数十人。第二天早饭时，中共三原县委学运负责人武延俊也被捕押。
霎时间，三原城内岗哨林立，商市停歇，人心慌乱，一派yīn森恐怖气氛。
习仲勋等被带入三原县政府的当天，县长马润昌即在县政府二堂西厢房内亲自对九人轮流审讯。马润昌审讯习仲勋时绕过毒杀案一事，用套供的方法问：年龄多大?什么地方人?几时投考第三师范?习仲勋一一作了回答。马润昌又问道：你是不是共产党员?河道巷会议参加了没有?
习仲勋回答：不是共产党员，也没有参加什么会议。
马又诈问：“前面被审同学都已供认，你还狡赖?”
习仲勋提出可以和供认的同学当面对证。在审讯无结果的情况下，马润昌又以有嫌疑需要调查为由，将九人押入看守所。这是习仲勋一生三次系狱中的第一次。
三原反动当局对逮捕的民治小学的数十位小学生审讯后，便由该校校长出面担保释放，只讲程建文一人在县政府后院单独关押，后送往西安模范监狱。他们将习仲勋等第三师范的学生视为共产党重大嫌疑犯，给他们戴上脚镣，押入县看守所内，严加看管。在给习仲勋戴脚镣时，一位押在同院内的马鸿宾部逃兵，看到习仲勋年纪小，刑具沉重，就从自己裤子上撕下一块布将铁镣裹上，使习仲勋极为感动。
武延俊被押入看守所后来，便成为组织指导狱中斗争的核心。他鼓励大家说：“不要怕，当局没有抓住我们任何证据，不会把我们怎么样。”一天，他单独和习仲勋谈话，郑重宣布习仲勋为中国共产党正式党员，并说仍保留团籍，作为跨党分子参加活动。从此，习仲勋的人生历史翻开了新的一页。三十九年后，在古城西安身受造反派围攻的习仲勋，以朴素的语言和复杂的心情，说出了当年执著追求革命的心情：“我在狱中的一切行动，都听武延俊的指示，他分配我gān什么，如何gān，我都坚决地按他的吩咐执行。我那时只是对旧社会不满，并不懂得共产主义为何物，仅凭个人热情闹革命，完全靠自己的一股勇气，而真正懂得一些革命道理，还是在狱中由于武延俊的帮助才取得的。”为了有利于团结斗争，保守秘密，他们成立了一个党团员秘密小组，由武延俊负责单线联系，习仲勋、刘全中、高天作、王秉衡、李彦仓等参加。