1931年秋，馬廷賢憑藉「隴南綏靖指揮」頭銜穩固了對天水等14縣的控制，但其統治根基始終脆弱。一方面，轄區內賦稅繁重引發民怨，1932年初爆發「禮縣民團抗糧事件」，數千百姓圍攻縣城，雖被鎮壓卻動搖了基層統治；另一方面，四川、陝西地方軍閥對隴南虎視眈眈，形成外部威脅。
1932年5月，四川軍閥鄧錫侯部（第二十八軍）以「追剿土匪」為名，派師長黃隱率萬餘人北進，攻克四川北部的廣元、昭化後，向甘肅文縣、武都逼近。與此同時，陝西楊虎城部（第十七路軍）佔據漢中，其麾下孫蔚如師與鄧錫侯部信使往來頻繁，傳聞擬聯合「解決隴南割據」。馬廷賢對陝、川軍隊的聯動深感不安，誤判對方將合力攻天水，遂決定放棄隴南核心據點，向河西走廊撤退。
1932年6月10日，馬廷賢秘密召開軍事會議，稱「川陝聯軍二十萬即將合圍」，下令各部三日內撤離天水。其部署如下：主力騎兵團先行西進，經甘谷、武山向隴西集結；步兵各團殿後，掩護眷屬及輜重轉移；天水城防交與漢族將領胡文斗（陳珪璋舊部），率臨時拼湊的2000人「維持秩序」。
6月12日凌晨，馬廷賢率司令部人員及嫡系衛隊約3000人，攜帶歷年搜刮的財物（據《天水縣誌》記載，裝銀圓的木箱達200餘箱），沿天靖公路西撤。部隊行進至甘谷縣磐安鎮時，因道路狹窄、輜重擁堵，發生小規模踩踏，數十名士兵墜河溺亡。同日，川軍先頭部隊抵達武都，未遇抵抗即佔領該城，方知馬廷賢已撤離。
馬部撤離的消息迅速傳遍隴南，各地守軍失去指揮，陷入混亂。禮縣守將馬忠孝（馬廷賢堂弟）率部嘩變，將倉庫糧食變賣後潰散；西和、成縣民團趁機接管政權，宣布「自治」。最致命的是，騎兵第二團團長王占彪（原韓進祿舊部）在甘谷通電反正，率2000騎兵東進投靠楊虎城，被改編為「陝軍隴南遊擊支隊」。至6月15日，馬廷賢麾下1.5萬餘人僅餘5000殘兵，且士氣低落，沿途不斷有士兵攜械逃亡，或加入地方土匪。
馬廷賢原計劃撤至河西走廊，依託青海馬步芳勢力重整旗鼓，卻在隴西遭遇挫折。青海省政府主席馬步芳（時為新編第九師師長）早對隴南垂涎，派參謀長馬驥至隴西，以「共商防務」為名，要求馬廷賢「暫卸兵權，赴青海休養」。馬廷賢識破其吞併意圖，率殘部轉向寧夏，欲投靠堂兄馬鴻賓（甘肅省政府主席）。但馬鴻賓顧忌南京政府態度，僅允許其部在固原停留三日，即令「分散歸鄉」。
1932年7月，馬廷賢見西北已無容身之地，遂將剩餘千餘士兵交給親信馬培清（後被馬步芳收編），自己則攜帶家眷及財物，經西安轉赴天津租界。據其副官回憶，抵達天津時，隨行財物仍有黃金300餘兩、銀圓10萬餘元，另有鴉片200箱（擬在租界變賣）。至此，馬廷賢結束了自1928年起的隴南割據生涯，其控制的天水等地被楊虎城部與川軍分佔，隴南進入「陝川共管」時期。
在天津英租界，馬廷賢租住五大道獨棟洋房，過起寓公生活。初期，他投資綢緞莊、當鋪，卻因不善經營屢屢虧損，至1935年已變賣半數房產。1937年抗戰爆發後，日本華北方面軍特務機關曾派漢奸遊說，許以「華北回民自治軍司令」頭銜，馬廷賢雖沉迷鴉片，卻以「祖上世受國恩」為由拒絕，未公開附逆。此舉為其後來審判時留下一絲轉圜餘地。
1941年，馬廷賢因財產揮霍殆盡，偕第三任妻子返回甘肅臨夏老家，試圖向當年部屬及地方士紳「索還舊債」。但此時臨夏已屬馬步芳勢力範圍，馬廷賢遭馬步芳部下監視，半年後悻悻返回天津。此後十年，他靠變賣古董、字畫度日，至解放前夕，僅剩天津法租界一處小公寓棲身。
1949年1月天津解放後，馬廷賢向軍管會登記身份，自稱「前地方保安司令」，未提及其隴南割據期間的苛政。因初期政策側重穩定，未立即處理。1951年，甘肅土改運動中，隴南各縣群眾紛紛揭發其「強征糧草、殺人越貨」等罪行，僅禮縣、天水兩地的控訴材料即達200餘份。1952年，甘肅省公安廳派員赴天津，以「歷史問題待查」為由將其逮捕，後因證據不足，於1953年釋放。
1958年「大躍進」期間，全國開展「鎮壓反革命」運動，隴南群眾再次聯名上書，列舉馬廷賢部在1930-1932年間的具體罪行：如在禮縣一次性處決抗糧群眾37人、在西和強征少女充作「軍眷」等。1958年10月，天津市公安局根據甘肅方面協查函，再次逮捕馬廷賢，押解至蘭州受審。
1959年1月，甘肅省高級人民法院召開公審大會，認定馬廷賢在隴南統治期間，縱兵擾民、橫徵暴斂，導致數千百姓流離失所，其行為「嚴重違反人民政府保護人民生命財產之政策」，判處死刑立即執行。1月20日，馬廷賢在蘭州華林山刑場被處決，時年62歲。
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