Nasib Liu diubah oleh pecahnya Perang Tiongkok-Prancis pada bulan Agustus 1884. Janda Permaisuri Cixi menanggapi berita tentang penghancuran Armada Fujian di Pertempuran Fuzhou (23 Agustus 1884) dengan memerintahkan jenderalnya untuk menyerang Tonkin. Tang Jingsong, komandan Tentara Yunnan, tahu bahwa layanan Liu akan sangat berharga dalam perang dengan Prancis. Meskipun Liu memiliki kenangan pahit tentang dinas sebelumnya sebagai sekutu Tiongkok, ia menghormati Tang (satu-satunya komandan Tiongkok yang telah menyumbangkan pasukan untuk pertahanan Sơn Tây), dan setuju untuk mengambil bagian dengan Pasukan Bendera Hitam dalam kampanye yang akan datang. Diangkat sebagai jenderal divisi di Angkatan Darat Yunnan, Liu membantu pasukan Tiongkok menekan Hưng Hóa dan jabatan-jabatan Prancis yang terisolasi dari Phu Doan dan Tuyên Quang selama musim gugur 1884. Pada musim dingin dan musim semi 1885 ia memerintahkan 3.000 Pasukan Bendera Hitam selama Pengepungan Tuyên Quang. Pada Pertempuran Hòa Mộc (2 Maret 1885), Pasukan Bendera Hitam menimbulkan banyak korban di kolom Prancis yang berbaris untuk membantu Tuyên Quang.