Chiến tranh Việt - Pháp bùng nổ, Lưu Bách Thụ theo các đơn vị quân đội đi khắp các địa phương của hai tỉnh Lào Cai và Nghĩa Lộ (Hoàng Liên Sơn sau này). Ông viết một số ca khúc như "Giải phóng Lào Cai, Tây Bắc chiến thắng"... và được phổ biến trong thời gian kháng chiến.