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同年12月、護国戦争（第三革命）が勃発すると、劉存厚は護国軍を支持する。1916年（民国5年）1月31日に、護国川軍総司令を自称して袁世凱討伐を宣言した。四川省に進攻してきた蔡鍔の護国軍第1軍を支援し、四川将軍陳宧をも独立させている。同年6月の袁死後に、再び川軍第2師師長に復帰する。8月、四川督軍蔡鍔の推薦により川軍第1軍軍長に任命された。