称护国川军总司令，与蔡锷所率护国军会攻泸州。刘湘协助熊祥生将刘存厚留守泸州的部队全部扣押，获袁世凯奖赏三十万元。当护国军迫近小市和五峰顶时，他奉命率领本团为先锋，在北洋军的猛烈炮火掩护下，突过长江，反攻兰田坝，截断了护国军渡江的归路。经过战斗，护国军遭受挫败。陈宦和北洋军将领张敬尧即特电袁世凯，请对刘湘予以奖叙。3月13日，袁世凯发布命令说：“刘湘奋勇督战，连克要邑，肃清江岸，勤勇可嘉，着授陆军少将，并授以勋五位。”嗣后，又给刘湘授予三等嘉禾章。5月22日，陈宦宣告四川独立。熊祥生见大局转变，遂弃军潜回成都。刘湘因资历较深，为众所推，代理旅长。后经督理四川军务的周骏具报，被袁世凯正式任命为陆军第十五师步兵第二十九旅旅长。7月20日，护国军攻克成都，蔡锷在成都就任四川督军兼省长，电邀周道刚（时在北京陆军部供职）回川任第一师师长，请委刘湘为该师第一旅旅长。
1917年（民国六年）4月，刘湘先后两次领衔与川军各旅、团长联名通电，历数罗佩金（因积极推行唐继尧的“大云南主义”，引起川军不满）强滇弱川的九大罪状，要求北京政府主持公平，“速予解决，以弭川乱”。12月27日，他被北京政府授予陆军中将衔。
1918年10月30日，熊克武在重庆设立广州军政府任命的四川督军公署，与刘存厚势不两立，刘湘拥熊反刘，使熊克武在军力上压倒刘存厚。11月1日，刘湘以川军前敌各军总司令名义领衔发出通电，痛陈客军在川为祸之深，指出“川人屡年受制，束缚于滇黔暴力之下，受痛如山，积怨成海”，5日由刘湘、但懋辛出面，会同各军将领商定解决川事六项办法。12月10日刘湘等川军将领举行召开会议，议决制定省自治法。12月13日，四川第二军军长刘湘、第一军但懋辛、第三军刘成勋等通电主四川独立自治，反对四川督军刘存厚。12月30日北京政府特任刘湘为重庆护军使，31日晋授勋四位。
1921年1月8日，刘湘、但懋辛联合通电表示自治决心，“在中华民国合法统一政府未成立以前，川省完全自治，以省公民意志制定省自治根本法，行使一切职权，共谋政治革新，为图振兴实业，并在南北任何方面，决不为左护右袒”。1月21日，第一军但懋辛、第二军刘湘、第三军刘成勋再次联合通电，拒不接受北洋政府以刘存厚为四川督军、熊克武为四川省长的任命，“决以川人自立自治”。2月18日，刘湘与但懋辛、刘成勋联名通电，宣布
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