刘峙的对手是阎冯联军的孙殿英、万选才部，他们利用自己熟悉地形、善打游击战的特点，利用豫东有利地形，避开刘峙的精锐，从两侧展开攻击，因此双方刚开火两日，刘峙部便已伤亡上万人。
刘峙连夜请示蒋介石，经蒋介石同意，将部队退后十里，一边防守，一边派飞机查明敌情，然后充分利用飞机、大炮对敌军进行轰炸，同时配合顾祝同、陈继承、陈诚三师精锐部队猛烈反击，冯玉祥、阎锡山联军被迫撤退。
7月初，蒋介石把作战重心由陇海线移至津浦线，刘峙任津浦路总指挥，发起总攻。晋军抵挡不住节节败退，蒋军于8月15日攻克济南，使战局发生决定性的转折。
10月初，蒋军主力转至陇海、平汉线，刘峙为左翼军总指挥，辖上官云相第3纵队、刘茂恩第4纵队、杨虎城第5纵队，负责平汉线的正面进攻，此战刘峙打得得心应手。
不久张学良通电拥蒋，率兵入关，蒋军全面反攻，刘峙部很快攻下新郑、郑州。至此，中原大战以蒋军胜利而宣告结束。
由于在中原大战中立下了汗马功劳，战后不久，刘峙即被国民政府任命为河南省政府主席兼开封绥靖主任。
1932午6月，蒋介石亲任豫鄂皖“剿共”总司令，集中30万兵力，对红军鄂豫皖根据地进行第四次“围剿”。刘峙被任命为中路军副总司令官，指挥卫立煌、钱大钧、马鸿逵、上官云相等部向豫鄂皖进攻。