晋升为首长级甲级政务官，成为「杀局」（香港市政局解散）前最后一任；2000年1月1日起出任经重组后的食物环境衞生署首任署长。刘吴惠兰任食物环境衞生署署长时遇到禽流感，她表示每月25日实行的「街市鸡档休市清洁日」要以强硬的态度去执法。她亦曾在任内提议将「垃圾桶」按中国大陆的叫法改为「果皮桶」，引起公众哗然。2002年7月1日，时任香港行政长官董建华推行问责制，刘吴惠兰升任为环境运输及工务局常任秘书长（环境及运输）；2004年1月她要求到北京清华大学受训，有传言指出刘太和时任环境运输及工务局长的廖秀冬不咬弦