为配合重庆谈判，刘伯承、邓小平指挥上党和邯郸战役。1947年6月，刘邓大军强渡黄河，揭开了战略进攻的序幕。为了把战争引向敌占区，又千里跃进大别山，实行战略出击，胜利完成战略展开。
解放战争时期，大别山区的老百姓中，流传着这样一些故事：有人说刘邓大军挺进大别山时遇到河，河就结上冰让解放军走过来；有人说解放军每人身背一个葫芦飘过河来的；也有人说天突然刮起了大黄风，把刘邓的十几万大军刮到了大别山。而实际上刘邓大军是以“狭路相逢勇者胜”之勇，硬是杀出一条血路，挺进到大别山的。
1945年8月，抗日战争烽火刚刚熄灭，蒋介石就迫不及待地从西南、西北调动大军，陆续开进华北、华中、华南及东北，抢夺抗战胜利的果实。中共中央在准备与蒋介石进行和平谈判的同时，提出了坚决反对内战和切实做好相应准备，以革命的两手打败反革命的两手的方针。8月25日，刘伯承和邓小平由延安返回太行山黎城县，部署上党战役，以积极配合毛泽东、周恩来在重庆举行的与蒋介石的和平谈判。他和邓小平等致电中央军委，报告发起上党战役的决心与部署：阎军1.6万人，深入上党，我非集结重兵予以消灭不可。故已令太行主力、陈赓部及冀南的8000人共约2.8万人进行上党战役，坚决消灭该敌。为此，他们把部署上党战役同实现晋冀鲁豫部队今后军事战略的转变结合起来进行。
9月10日，上党战役发起，刘伯承与邓小平指挥部队先后攻克上党地区长治外围的屯留、潞城、长子、壶关，并准备总攻长治。这时，阎锡山急忙派出增援部队赶来长治。刘伯承果断变更部署，以一部分兵力继续围攻长治，而主力则秘密北上分兵向援敌两侧运动，将2.2万敌人包围，经激战，歼敌两万。长治守敌待援无望向西突围，又被各追击部队分途截击。此役歼灭阎锡山部3.5万人，缴获轻重机枪2000余挺，长短枪1.6万余支。初战获胜鼓舞了解放区军民打败蒋军的决心，有力支持了中共在重庆的谈判。
10月，刘伯承和邓小平又下达了关于平汉路作战部署，决心集中主要兵力在漳河以北、邯郸以南地区，歼灭沿平汉路北进的国民党军队，以制止或迟滞华北国民党军北上集结，不使其及早加入东北战场。10月20日，北犯之敌继续进犯，为了争取时间，集中主力，刘伯承命令先期到达战场的第一纵队先行阻击敌人，迟滞其前进。在主力到达指定位置后，刘伯承下令发起总攻。关键时刻又争取了高树勋率新八军等万余人火线起义。随后，故意网开南面迫敌突围，在其脱离阵地后，各纵队立即多路出击，一举击溃敌军。此役俘敌1.7万人，缴获大量美式装备和弹药。上党战役和邯郸战役(即平汉路作战)的胜利，打乱了蒋介石的内战部署。
1946年6月26日，蒋介石集中25个旅的兵力，向中原解放区大举进犯，全面内战爆发。根据中央军委和毛泽东指示，刘伯承、邓小平决定把晋冀鲁豫野战军的作战重点放到豫东方向的陇海路徐州、开封段，胁迫围追中原部队的国民党军队回援，以配合苏皖地区的山东、华中野战军作战。8月4日，刘伯承下达陇海战役作战命令。8月10日，战役发起，各攻击部队奉命向预定目标进攻，经13天激战，歼灭敌人正规军两个旅，5个保安团共1.6万余人。基本实现了预期目标，切断了敌人东西交通干线，歼灭了敌有生力量，使人民解放军南线作战形势发生了有利变化。
8月31日，根据中央消灭国民党军队整编第三师的电示，刘伯承下达了定陶战役基本命令，决心在定陶以西安陵集、韩集地区，“采取南北钳击以求各个消灭”的战法，“置重点于消灭第三师”。具体部置为以5个旅为右集团，主力由北向南，一部由西向东攻击；另以4个旅为左集团，主力由南向北或由东向西攻击，两集团均对整编第四十七师实行钳制，而集中优势兵力攻歼整编第三师。
9月3日，夜23时，刘伯承抓住战机，下令对孤军深入的整编第三师发起进攻。他根据敌第二十旅伤亡较大情况，确定先重点攻击第二十旅，歼其两团后，再攻击敌师部和第三旅。由于敌凭借飞机、坦克固守，援敌又自两侧赶来增援，在此关键时刻，刘伯承一面严令各部坚决阻击敌人，一面亲赴第六纵队指挥，给广大指战员加油鼓劲。经全线总攻击，第六纵队攻歼了敌师主力第五十九团，各纵队也逼近敌师部。正当敌师部率残部脱离工事，突围南逃时，刘伯承命令攻击部队全线出击，整编第三师全部被歼。此后，刘伯承又以主力向援敌侧背施行猛烈攻击，又歼敌两个旅。此役活捉整编第三师师长赵锡田以下1.2余万人，缴获坦克6辆，枪炮弹药等军用物资甚多。定陶战役是刘伯承、邓小平率部在内线打的第一仗，对敌人震动极大。《解放日报》评论道：“这是继中原我军突围胜利与苏中大捷之后又一次大胜利，这三个胜利，对于整个解放区南方战线，起到了扭转局势的作用。蒋军必败，我军必胜的局面是定下了。”
9月末至10月初，刘伯承和邓小平又率部发起巨野战役，以第二纵队阻击敌五大主力之一的第五军，而集中3个纵队钳击敌另一支主力整编第十一师。最后，歼敌整编第十一师1个建制团，重创了第五军，沉重地打击了敌王牌军的气焰。10月28日，刘伯承、邓小平在迷惑敌人之后，突然以主力回师，在鄄城以南地区围歼敌9000余人。
1947年3月，蒋介石决定实施“黄河战略”，于解放区中央地带，实施重点防御。而对东西两翼的山东、陕北则集结重兵发动攻势作战。在中央军委指导下，刘伯承和邓小平率主力部队在豫北发动反攻，连续作战近两个月，共歼敌4万余人，收复大片解放区，第四纵队和太岳军区部队也歼敌1.8万余人。豫北、晋南反攻战役胜利，标志着蒋介石重点进攻濒临失败，南线人民解放军的战略性反攻已经开始。
1947年6月30日，根据中共中央的战略部署，刘伯承和邓小平指挥晋冀鲁豫野战军主力，一举突破了国民党军队自诩为可抵挡40万大军的“黄河防线”，揭开了人民解放战争战略进攻的序幕。蒋介石发现其中央防御体系撕裂，严重威胁华东战场几十万军队的左翼及后方，于是调兵遣将组织东、西两个集团，统归第二兵团司令官王敬久指挥，固守要点，吸引人民解放军屯兵坚城。刘伯承和邓小平冷静分析敌情，确定“攻敌一点，吸其来援，啃其一边，各个击破”的作战方针，集中兵力先吃掉西路弱敌，然后再打东路，经过一系列严密而周到的战役准备，6月7日，鲁西南战役发起，经连续作战28天，歼灭国民党军4个整编师师部和9个半旅，共5.6万人，俘敌4.3万人，收复了鲁西南大片地区。
此时的刘伯承、邓小平并没有沉浸在胜利的喜悦中，而是正同转战陕北的党中央和毛泽东，运筹着千里跃进大别山的重大决策。
蒋介石意识到刘邓大军的致命威胁，暂缓对山东方向进攻，抽调30个旅分5路向郓城、巨野扑来。而黄河水位猛涨，每秒流量加大。面对愈来愈严峻的局势，刘伯承、邓小平两次召开各纵队、各军区首长和司令部会议，确定提前实施跃进，率领大军直插大别山，得到党中央的同意。
1947年8月7日夜，刘伯承和邓小平率12万大军，以破釜沉舟的决心，开始向大别山挺进。11日夜，刘邓大军横越中原的大动脉陇海铁路。17日，各路部队先后进入了四五十里布满泥水的黄泛区。刘伯承、邓小平命令部队尽量隐蔽，轻装上阵，设法迅速通过黄泛区。这时，天空有敌机轮番轰炸，脚下有越陷越深的胶泥，刘伯承、邓小平和战士们一起吃力地走在泥泞的道路上。18日夜，部队通过黄泛区，急行军30多里直奔沙河。这时，蒋介石如梦方醒，发现刘邓所部并不是“向南流窜”，而是为威胁他的战略后方有目的地挺进大别山，于是，赶紧重新部署兵力堵截。部队渡过沙河以后，刘伯承、邓小平正式宣布了跃进大别山的任务，在“走到大别山就是胜利”的响亮口号鼓舞下，部队斗志昂扬，前进的速度更快了，涡河、黄泛区、沙河、洪河都被刘邓大军远远地抛在后面。
8月27日，刘伯承和邓小平指挥大军战胜了战略跃进中的最后一个险关淮河，挺进到大别山区。
在大别山区立稳脚跟，实施战略展开，同样是项艰苦的工作。8月30日，刘伯承和邓小平向部队发出指示，号召指战员“全心全意、义无反顾地创建大别山根据地”，指明要想站住脚就必须大量歼灭敌人，充分发动群众。9月27日，刘伯承和邓小平又在光山县王大湾召开旅以上高级干部会议，强调创立大别山解放区是我党我军正确的战略方针和确定不移的政治任务。要完成这个任务，必须打胜仗歼灭敌人，发动群众实行土地改革。这次会议加速了部队在大别山的战略展开。到9月底，刘邓所部已解放县城23座，歼敌6800多人，在17个县建立了民主县政权。打开了局面，安置了后方，调动和牵制了大量敌军，有力地配合了全国各战场转入进攻。
刘伯承在大别山中行军。冬季来临，部队还未解决过冬棉衣问题，行军、作战、站岗、放哨，人人都还是单衣、草鞋。为克服这个困难，刘伯承和邓小平动员指战员们自己动手，他们不停地从这个连队到那个连队，看望战士们穿针引线缝制冬衣。刘伯承还细心研究裁棉衣的规律，告诉大家做棉衣、棉裤时，只要周围比单衣单裤宽一寸，套进棉花就合身，衣领可以用饭碗量剪。这样仅用半个月时间，指战员们穿上了自制棉衣，克服了过冬的困难。
这时，蒋介石又易将增兵，确定由白崇禧指挥33个旅围攻大别山刘邓大军。12月上旬，刘伯承和邓小平决定采取内外线配合作战方针，由刘伯承、张际春率野战军司令部后方指挥所指挥外线作战任务，邓小平、李先念、李达率前方指挥所指挥第二、三、六纵队留在大别山坚持内线作战。经过一个多月的艰苦作战，刘邓大军内线外线密切配合，粉碎了敌人的围攻，共歼敌1.1万人，收复县城10座。第十、第十二纵队迅速展开在桐柏、江汉地区，威胁国民党长江防线和大巴山防线。
经过这几个回合的较量，刘邓大军终于在大别山区站稳了脚跟，胜利地实现了毛泽东预料的刘邓大军跃进大别山后的最好前途。在此期间，中原地区三支大军互为犄角，配合作战，共歼敌19万余人，解放县城百余座。中原解放区在广阔的江淮河汉之间建立起来。
1948年，刘邓大军在中原地区站稳了脚。刘伯承受命与华东野战军共同发起淮海战役，中原野战军歼灭了黄维兵团。淮海战役的胜利，实现了中原逐鹿，鹿死我手的战略目标。
淮海战役前，刘伯承根据敌在中原地区的蛇式布阵，提出了挟其额，揪其尾，截其腰的歼敌战术。他解释说：假如粟裕在东边挟住敌人的额，我同子恢、李达就在这里揪住敌人的尾巴，陈毅和小平上去截断敌人的腰，置敌于死地!
恰似餐桌上笑谈：吃一个，挟一个，看一个。这是刘伯承用生动形象语言总结淮海战役人民解放军的作战步骤。
1948年2月24日，刘伯承和邓小平分别率领的前后方指挥所会合于临泉县韦寨。对蒋介石置重兵于中原地区的新战略态势，刘伯承形象地比喻这是个“十字架”。他预言重点配置在东西方向的陇海铁路和南北方向的平汉、津浦铁路上的国民党军队，是要死在这个“十字架”上的。根据新的斗争形势和中央军委指示，刘伯承、邓小平规定了中原地区新的斗争任务，即继续大量歼灭敌人，粉碎敌人的中原防御体系，发展和巩固中原根据地，并准备配合华东野战军一部挺进江南。为此，从4月中旬开始，他们抓紧时机领导部队进行整训和补充。5月9日，中共中央决定加强中原局，并再建中原军区，下辖7个军区和7个纵队。