学堂速成班毕业后，刘成勋加入四川的新军。后来经钖良推荐，刘成勋任职于东三省总督赵尔巽手下。辛亥革命之际，刘成勋率部在奉天（今沈阳）参加革命派。1912年（民国元年）3月，刘成勋回到四川省，被统制刘存厚任命为手下的四川第4镇参谋长。同年7月，四川都督尹昌衡出征西藏，他随同参战，立下军功。1914年（民国3年），川边镇守使张毅任命他为讨逆军总司令，镇压叛乱的陈步三的部队。1916年（民国5年）12月护国战争爆发，刘成勋在雅安唿应护国军。刘存厚任命他担任第2师第1混成旅旅长兼左翼总司令。他同蔡锷所率护国军