Đội Cấn và các chiến hữu đã làm chủ Thái Nguyên được 5 ngày. Sáng ngày 5 tháng 9 năm 1917, nhà cầm quyền Pháp điều 2 ngàn quân lên Thái Nguyên đàn áp. Ngay từ trong những phút đầu Lương Ngọc Quyến bị tử thương do bị trúng mảnh đạn pháo vào đầu (có tài liệu chép ông tự sát vì bị giam giữ quá lâu nên không thể vận động và không muốn ảnh hưởng đến việc rút quân). Do lực lượng quá chênh lệch, nghĩa quân đành phải rút quân ra ngoài thị xã trong đêm đó, rút về vùng núi Tam Đảo, giáp Vĩnh Yên, xây dựng căn cứ chống giữ.

Đội Cấn và nghĩa quân cầm cự được hơn 5 tháng. Ngày 11 tháng 1 năm 1918, trong một cuộc phản kích quân Pháp tấn công lên căn cứ tại núi Pháo, nay thuộc huyện Đại Từ, nghĩa quân bị tổn thất nặng nề, bản thân Đội Cấn bị thương nặng. Để không rơi vào quân Pháp, ông đã tự bắn vào bụng tự sát.