。发兵入长安，河间王司马颙留刘沈为军司，派遣席薳代替他到益州。后刘沈兼任雍州刺史。303年，张昌在江夏反晋，晋惠帝下诏命刘沈率州兵一万人、征西府兵五千人出蓝田关讨伐张昌，司马颙拒絶。刘沈按自己的意思率州兵出蓝田，司马颙强行剥夺了他的部众。后来长沙王司马乂命刘沈率武官四百人归还雍州。八月，司马颙起兵讨伐司马乂，都督张方率精兵七万从函谷关攻打洛阳。十一月，司马王瑚、骠骑主簿祖逖劝司马乂：「雍州刺史刘沈忠义勇敢果毅。雍州之兵足以牵制河间。可以让刘沈领兵在长安攻打司马颙，张方必定撤退救援」。司马乂听从。下诏