泸州坚守无力，但在蒙古军队撤退后，他则被评为下等功而破口大骂。宋室四川制置使俞兴及荆湖策应大使吕文德得知后，便召其急赴制置司。刘整认定俞兴等镇将欲加害于己，遂在投诉无门的惨况下毅然率领部众以卫城泸州全区辖境投降元廷，受元帝忽必烈册封为潼川汉军都元帅。至元七年（1270年），替元朝打造精良船舰、训练水师，并与蒙军征南大元帅伯颜围攻荆湖军事重镇襄樊。至元十二年（1275年），元中书左丞刘整死于无为军（即今安徽无为县）。赠龙虎卫上将军、中书右丞，谥武敏。刘整有四子：刘垣；刘埏，管军万户；刘均，榷茶提举