命为该军总参谋，随军赴四川省。此后，刘存厚离开滇军，转投四川都督尹昌衡。
四川的攻防战.1912年（民国元年）4月，刘存厚任川军第4镇统制（后改为第4师师长）。1913年（民国2年）二次革命爆发，刘存厚支持袁世凯，击败革命派的熊克武。9月，任重庆镇守使，第4师的番号改为第2师。1915年（民国4年），任川南清乡总司令，驻泸州。同年12月，护国战争爆发，刘存厚支持护国军。1916年（民国5年）1月31日，自称护国川军总司令，发布讨伐袁世凯宣言。他支援了进攻四川省的蔡锷护国军第1军