922年6月陈炯明叛变孙中山后，刘被孙委任为中央直辖桂军第二路总司令，讨伐陈炯明，后又出任西路讨贼军总司令。1923年1月击败陈炯明，2月迎请孙中山回广州。1924年1月，当选国民党第一届候补中央监察委员。同年被任命为广西省省长，但因新桂系李宗仁、黄绍竑的反对未能赴任，后改任建国军桂军第三军军长。1925年刘震寰支持唐继尧就职广东大元帅府，被国民党拒绝，并且击败，失败后赴香港。其后曾到昆明任云南省政府顾问，1937年晋升陆军中将，1945年又返香港。1972年在港病逝。