23 сентября 1912 года был произведён в генерал-майоры и по возрастному цензу уволен от службы с мундиром и пенсией. Впоследствии вновь был избран в Астраханскую городскую думу, в 1913 году стал членом городской управы.
После Февральской революции в марте 1917 года был избран временным астраханским гражданским губернатором, 3 октября 1917 года был избран атаманом Астраханского казачьего войска.
В январе 1918 года возглавил антибольшевистское вооружённое выступление казаков в Астрахани. После его поражения вместе со своими сыновьями прибыл в станицу Замьяновскую, где предложил созвать войсковой круг и принять решение «как нам поступить дальше». Однако местные казаки решили задержать всех офицеров во главе с атаманом и послать делегатов к большевикам. 1 февраля 1918 года Бирюков нанял верблюдов и бежал, но погоня настигла беглецов на следующий же день, их отправили в Астрахань, где поместили на гауптвахте в Астраханском кремле. После допросов и избиений их перевели в городскую тюрьму.
Астраханский революционный трибунал за «контрреволюционное выступление против Советской власти» приговорил Бирюкова к 25 годам заключения. Но казаки его родной Грачевской станицы ходатайствовали о его амнистии с предложением взять его на поруки. В результате срок его заключения был снижен до 2,5 лет.
29 сентября 1919 года после взрыва в Леонтьевском переулке Бирюков был расстрелян в Саратове в числе 28 заложников по решению Саратовской ГубЧК. Был реабилитирован в 1993 году.