摸末害怕，颉利可汗遣兵追击，刘兰率众迎击，击败突厥。唐太宗以他有能力，以功改任丰州刺史，封平原郡公，征为右领军将军。贞观十一年（637年），唐太宗至洛阳，以蜀王李愔为夏州都督。李愔不到夏州就籓，以刘兰为长史，总领夏州都督府事。贞观十三年（639年），随侯君集、执失思力、牛进达参加对吐蕃的松州之战，这次战役，《资治通鉴》有的版本作刘简。贞观十七年（643年）正月，长社许绚解谶记，对刘兰说：“天下有长年者，咸言刘将军当为天下主。”刘兰子刘昭又说：“谶言海北出天子，吾家北海也。”当时鄠县县尉游文芝因罪下狱当死