后，刘晋身至四川省崇州市廖家镇中学训练，随后于2001年转至清华大学附中，由张秋萍作教练。两年后，他成为国家队一员。而在他在清华时，他曾代表中国队参与世界射击锦标赛，并于青年组的男子气步枪团体小项夺得金牌。次年在全国锦标赛中，赢得男子个人气步枪项目的冠军，当时他只是23岁。2005年，他代表四川队参与十运会，在10月17日进行的射击项目的男子个人步枪小项决赛中，刘天佑以1266.4环为四川摘下金牌，是四川队在4面射击项目金牌的其中一面。另外，他在早前的气步枪小项取得银牌，是该届全运会中，唯一一位在参与的