6日，南京被定为特别市。在蒋介石的推荐下，1927年5月，刘纪文出任南京特别市首任市长。同年8月初辞任。1927年9月，刘纪文随蒋介石赴日本，11月归国。1928年（民国17年）5月，任国民革命军经理处处长。7月，重任南京市市长。同年中，历任国民政府军事委员会军医监理委员、营防设计委员、国民政府建设委员会员。在两次出任南京市长期间，1927年6月1日，刘纪文在《市政府宣言》中称：为了改变南京“教育之幼稚，实业之凋敝，市廛之湫隘，道路之不平”的情况，他准备在南京辟建马路，改善交通，端正人心，建造公园。