刘海涛20岁时，迫于生计，到东北谋生，先在伐木场当伐木工，后到哈尔滨近郊珠河县（今尚志市）经营猪鬃。他自小练得一手好拳脚，为人仗义疏财，很快在松花江沿岸结交了一帮绿林好汉，他们偷袭县警察局，劫富济贫。
1931年“九一八”事变爆发后，刘海涛加入义勇军孙朝阳部参加抗战，曾在帽儿山、阿城和哈尔滨市外围与日军多次激战。在战斗中，他结识了孙朝阳部做兵运工作的中共地下党员李启东，在他的教育帮助下，刘海涛于1933年秋秘密加入了中国共产党。1933年12月初，刘海涛率14名战士携枪脱离孙朝阳部，直奔珠河参加了赵尚志领导的珠河东北反日游击队。从此，踏上了由共产党领导的争取民族独立和人民解放的光明道路。
1934年6月29日，东北反日游击队哈东支队正式成立，刘海涛任骑兵队指导员。在赵尚志的率领下转战珠河、宾县，参加了攻打宾州、血战三岔河和攻袭五常堡等著名战斗。刘海涛因作战英勇顽强晋升为哈东支队第七大队大队长、第九大队指导员等职。
为了粉碎日军的冬季“大讨伐”，刘海涛随赵尚志率部北上黑龙江的延寿、方正一带开展游击活动。1934年11月下旬，赵尚志和中共满洲省委巡视员冯仲云率哈东支队一、九大队、三大队一部及司令部少年连骑兵共100余人，拟由方正西的宾县返回珠河道北地区活动，途中与日伪军展开了数次激战，最为惨烈的当属肖田地突围战。
11月25日下午，赵尚志率部在方正县与宾县毗邻地带肖田地准备宿营时，遭到尾随的日军望月部300余人和伪军邓文章部400余人围攻。赵尚志指挥部队迅速抢占了制高点与日伪军展开战斗，连续打退日伪军多次进攻。在激战中赵尚志因左肘部中弹负伤，不能指挥作战，他命令刘海涛负责指挥部队突围。
刘海涛临危受命，面对强敌，他决定在日伪军尚未形成全部包围前，立即从合围的空隙地带突袭出去。同时，他也预计到日伪军在外围设伏堵击。因此，他率部趁着夜色掩护，绕开日伪军设下的堵击、伏击，从山川荒野中突袭出去。随后部队在赵尚志、刘海涛的带领下，经过二三百里路的急行军，安全到达珠河北游击区。肖田地之战， 共毙伤日伪军六七十人。
1935 年1 月28 日，东北人民革命军第三军一师正式成立，刘海涛晋升为一团团长，张寿篯（李兆麟）任政治部主任。这个团是三军一师中人数最多、战斗力最强的主力团。3 月9 日，赵尚志指挥第三军一团与友军谢文东部、李华堂部，采用突然袭击之战术，攻克了方正县城。正当刘海涛率一团攻击伪县公署时，伪军援兵赶到，友军在没有告知第三军的情况下，从城内撤出战斗，致使第三军一团在城内孤军战斗。一团战士在团长刘海涛的带领下，经过激烈战斗，终于杀出包围。
1935 年9 月初，刘海涛、张寿篯率一团和李华堂率部到方正县大罗勒密的三家子屯与第四军军长李延禄会面。9 月7 日，三支部队突击松花江岸的洼洪镇，全歼驻守的日伪军一个排和洼洪大排队，缴枪30 余支，摧毁据点。大罗勒密以东和以南， 牡丹江西岸成为抗日部队的地界。
战后，刘海涛等人在大罗勒密第四军军部，看到了从中共吉东特委转来的《八一宣言》，深受鼓舞，于是各部队领导决定再打一个胜仗，庆祝《八一宣言》发表。根据刁翎区委书记孟泾清提供的刁翎镇日伪军兵力部署情况，他们制定了周密的作战计划。9 月16 日上午，第三军一团、第四军二团、独立二旅、李华堂部、谢文东部，按分工向刁翎镇发起攻击。经过两个小时的激战，攻克了刁翎镇，伪警察大队被击溃逃窜，伪警备队段营长率全队反正，尔后参加了谢文东的民众救国军。此次作战缴获了一批枪支弹药和物资，摧毁了日伪军的各种工事。李延禄、刘海涛根据内部的密报，率部趁林口日伪军空虚之际，采取远距离奔袭战术，以每日急行军120 里山路的速度，于29 日凌晨3 点对林口镇之日伪军发起攻击，日伪军弃城逃跑， 此次战役缴获战马300 余匹。10 月初，第三军一团刚回到大罗勒密山区，当地一位知情群众给刘海涛送来一份情报说：从依兰起航的两艘满载伪军冬衣的帆船向三道通驶来。刘海涛和张寿篯决定打伏击夺棉衣。10 月7 日，他们将部队带到日军船只通过的地点周围，侦察地形，埋伏准备。晚上10 点钟左右，两艘满载冬装的帆船驶进一团的埋伏圈。此战缴获冬装300 多套，现款500 元，步枪20 支，子弹800余发，白面30袋。
为解决第四军部队的棉衣问题，第三、第四军领导研究决定：解决二道河子伪清河警备大队，缴获物资装备。伪警备大队院内戒备森严，设有高墙、炮台，不能强攻，只能智取。他们从三、四军中各选几十名战士，组成精干队伍，在三军一团团长刘海涛率领下，全部换上一团缴获的地方保安队的冬装，由雷保董带路，于12月12日晚直奔二道河子伪警备大队大院。在刘海涛的指挥下，迅速占领了岗楼炮台，控制全院，伪警备大队全部缴械被俘。日本指导官本茨、参事官春田、教官晓松企图顽抗被当场击毙。这次战斗缴获轻机枪2挺，捷克式马步枪100余支，匣枪9支，子弹5000余发，新棉衣300多套。二道河子战斗不仅为第四军解决了冬装问题，同时在江北掀起了新的抗日高潮。
1935年10月，刘海涛晋升为东北人民革命军第三军一师师长，翌年二月任抗联三军一师师长（因去苏联未到任）。三军司令部为了坚持下江地区持久的抗日战争，决定在汤旺河沟里建立医院、被服厂、电台等后方根据地，为实现这一计划，赵尚志特派刘海涛去苏联商谈援助工作。
1936年2月，刘海涛从黑龙江萝北县辗转来到莫斯科，向中共驻共产国际代表团汇报了来苏的任务，并撰写了《关于满洲情形的报告》呈送代表团。中共代表团为了培养这位抗联青年英才，将其送往著名的列宁格勒（今圣彼得堡）步兵学校学习。1938年上半年，刘海涛以优异的成绩毕业后来到延安。
1938年8月，中共中央陆续派张经武、江华等红军干部以及长期在白区工作的党员干部、抗大和陕北公学毕业的学员共160余人到山东组建八路军鲁东游击总队。张经武、黎玉分别任指挥和政委，刘海涛任司令部科长。8月21日，这支队伍从延安出发，经西安、太行、冀南于11月初抵达山东泰西大峰山，刘海涛等8人留在泰西工作。
11月26日，根据上级指示，共产党领导的泰西地区抗日武装集结于大峰区黄崖村，改编为八路军山东纵队第六支队，刘海涛任司令员，张北华任政委。支队下辖4个团、1个特务营、3个独立营及军政干部学校，校长任仲夷，全支队4000余人。
刘海涛、张北华带领六支队分四路开展敌后游击战，创建泰西抗日根据地。国民党泰安县第二区区长薛家俊投靠日军后，作恶多端，民愤极大。刘海涛令一团一部与独立营采取突然袭击战术，围歼第二区部于所在地薛家岭，活捉了薛家俊等30余人，缴枪50 余支。战后张贴布告，历述薛家俊罪状，将其就地处决。此事扩大了六支队在群众中的影响，振奋了泰西人民的抗日信心。
1939 年1 月23 日，刘海涛率二团通过地方干部发动数千民众，在东阿至平阴的公路沿线，向敌展开“破路大战”，一夜之间破坏敌公路百余里，使日军机械化“讨伐队”陷入瘫痪。驻东阿、平阴的日伪骑兵闻讯后向二团出击，遭到伏击，30 余人被击毙，余下逃回县城。
1939 年春，中共东阿县委侦察到东阿县维持会会长汉奸秦本端溜回老家，刘海涛命特务营一位副连长率一个排，在当天深夜，摸进秦本端的住宅，将其抓获并就地枪决，进一步打击和震慑了日伪势力。
日伪军及其势力连遭打击后，向刘海涛部进行报复。1939 年3 月间，肥城、东阿的日伪军5000 余人，企图将刘海涛部消灭在林马庄及常庄。刘海涛接到密报后， 于当夜秘密地把部队转移到牛家庄、黄土岭一带山区。6 日，日伪军东西继进，在牛家庄遭到刘海涛主力部队伏击，日伪军伤亡大半，余者狼狈逃回王庄。当夜，刘海涛率部又突然偷袭了王庄，歼敌400 余人，击溃日伪军的进攻。
3 月，八路军一一五师政委罗荣桓、代师长陈光率师部及三四三旅六八六团2000 余人，组成东进支队，挺进山东，主力与刘海涛率领的六支队在泰西地区会师。与一一五师主力会师，大大鼓舞了六支队的士气。在罗荣桓、陈光的指挥下，刘海涛带领六支队积极配合主力作战，向汶上、东平、肥城一带发展，歼伪军千余人，扩大了根据地。同年4 月，六支队配合主力，连续击溃日军的两次进攻，打开了泰西地区的新局面。
由于一一五师主力的到来，泰西地区发生了根本变化。中共党组织得到了巩固和发展；六支队和群众抗日武装得到加强；日伪受到几次重创，力量减弱。刘海涛利用时机，率领六支队不断打击日伪军，摧毁伪政权，扩大了东阿、平阴、汶上、肥城抗日根据地。
此后，刘海涛被调到八路军山东纵队司令部任参谋处长，7 月又调第一军区（对外称山东纵队后方司令部）任司令员。1940 年2 月第一军区机关编为第九支队，刘海涛任司令员，刘其人任政委。
1940 年春，临沂等地的日伪军3000 余人进驻蒙阴城，妄图以此为依托，对蒙阴山区进行“扫荡”，进而切断鲁中根据地与滨海根据地的联系。山东纵队第九支队组建不久，上级命令刘海涛率队消灭这股日伪军。三打蒙阴城的战斗就此开始。
刘海涛带领九支队从新泰山区出发，深夜赶到蒙阴城下。他立即召开作战会议，在听取意见后，决定采取声东击西战术，由一队佯攻北门，集中力量攻打南门。会后，各攻击部队立即进入阵地。蒙阴城北门首先响起枪声。经过5小时的激战，城内日伪守军被击溃，刘海涛部占领了蒙阴城。战斗结束后，刘海涛绕城观察，发现城内工事甚少，难以固守，当即决定撤离。中午，数千日伪军又进驻蒙阴城，但这时的蒙阴城早已是一座空城，群众也被刘海涛的部队转移到附近的山上。
二打蒙阴城，刘海涛改变了战术。他在三天内，派出几十股小部队不断出击，骚扰日伪军，在蒙阴城周围与其周旋，把日伪军搞得十分疲惫和恼火，急切地想找八路军主力决战。刘海涛召开作战会议，分析敌情，决定利用日伪军急于找其主力决战的恼怒情绪，由一大队从南门诱其出城；二、三大队在城南设伏，击溃出城的日伪军；四大队负责阻击城内增援之日伪军。经过激战，日军一个小队、伪军两个中队被消灭。
第三次攻打蒙阴城，刘海涛组织优势兵力，一举攻克。日伪军连续受到三次打击，锐气大挫，只好撤回临沂等地。“扫荡”蒙阴山区计划就此落空。
“刘司令三打蒙阴城”的消息迅速传遍了沂蒙山区，人民群众编成歌谣四处传唱。
1940年9月，山东纵队整编，第二、第九支队及一支队二团合编为山东纵队第二旅，孙继先任旅长，刘海涛任副旅长，下辖四个团。为了打破日军的封锁，1941年1月6日，孙继先和刘海涛等指挥第二旅在长达十里的战线上，对赣榆县伪保安旅发起攻击，伪保安旅溃败。3月19日，一一五师第二旅两个团和刘海涛指挥的山纵二旅一部，发起青口战役。激战6天，连克海头、大沟等十余处据点，毙伤日伪军800余人，俘伪军800余人，缴获大批武器弹药和军用物资，打通了从海上与华中及胶东抗日根据地的联系。
是时日军4000余人对沂蒙山区又进行了为期一周的“扫荡”，日伪在临沂、费县以北地区，设17个据点，构成横贯东西的三道封锁线，企图切断鲁中与鲁南八路军各部的联系。为此，山纵一旅一部与刘海涛率领的二旅一部，于3月22日发起反封锁战役，激战4天，连续作战28次，毙伤日伪军371人，俘伪军426人，缴获大批武器，破坏公路150余里，桥梁20余座，拔除日伪据点17个，彻底摧毁了日军的三道封锁线。
1941 年6 月15 日，刘海涛率二旅一部，在地方武装的配合下，于临沂、枣庄公路伏击了日军汽车队，激战三小时，歼敌大部，击毁日军汽车13 辆，缴获大批军用物资。8 月30 日，刘海涛又率二旅一部在赣榆县兴庄抗击该县及青口镇之日伪军600 余人，经激战毙伤敌100 余人，给进犯之敌以重创。
10 月，八路军山东纵队第一军区撤销，改设鲁中、鲁南两个军区。鲁中军区统一指挥泰山区和沂蒙区的基干部队和地方武装，任命刘海涛为司令员，鲁中区委书记霍士廉兼政委。鲁中军区所辖的沂蒙地区是山东党政军首脑机关和驻军所在地。鲁中军区机关尚未组建，即投入到冬季反击日伪军“扫荡”的战斗中。
11 月3 日，日军华北方面军第十二军司令官土桥一茨，指挥日军第十七、二十一、三十二师团大部和独立混战旅一、六、七、十旅团及伪军5 万余人，对沂蒙山区抗日根据地发起“铁壁合围”的大规模“扫荡”，妄图消灭中共山东党政军领导机关及驻沂蒙山区主力部队。
刘海涛带领警卫排和青年营在反“扫荡”中，被日军包围于岸堤以北王山一带。为了保存实力，他命令警卫排和青年营分头突出重围，自己和鲁中区社会部长朱毓淦等人转移至蒙阴县官庄以东杜家村。刘海涛刚到此地，由于对当地情况不熟，被汉奸石绍武伪装的抗日联防大队诱捕。
11 月25 日，刘海涛与妻子苏珍、朱毓淦等8 人，在苏家村英勇就义，时年34 岁。
1954 年，山东省临沂市蒙阴县人民政府在修建孟良崮战役烈士陵园时，为刘海涛烈士修建纪念碑。1999 年11 月25 日是刘海涛牺牲58 周年，黑龙江省烈士纪念事业基金会和尚志市人民政府在尚志市烈士陵园赵尚志、赵一曼烈士纪念碑旁，为刘海涛烈士修建纪念碑。
2014 年8 月29 日，刘海涛被列入民政部公布的第一批著名抗日英烈和英雄群体名录。（李 丹）
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