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。