1927年7月，江西南昌，刘伯承接到周恩来的任命，出任起义军军事参谋团参谋长。那时的他已经是川军中的名将，却没有自己的部队，按理说并不一定要站在指挥中枢。周恩来后来回忆：“参谋团当时没有人负责，我就指定刘伯承同志来做参谋长。”刘伯承推辞再三，最终还是接下了这副担子。
南昌起义能够迅速控制城内局势，军事计划周密是重要原因。刘伯承参与拟定作战部署，对兵力调动、城防控制和撤离路线都提出了具体意见。起义部队南下后遭到围攻，形势急转直下，他奉命前往苏联学习军事，开始系统研究现代战争。
1930年夏，刘伯承从伏龙芝军事学院毕业回国，先后在中央军委和长江局担任军事参谋工作。1932年10月，他进入中央苏区，出任中国工农红军总参谋长。这是他第一次担任这一职务，也正是从这里开始，他与中央军事领导层的关系变得复杂起来。
宁都会议期间，中央对红军作战指挥方式进行了调整，毛泽东的军事指挥权受到限制。刘伯承当时刚从国外归来，更多从正规军事体系和组织安排出发，对相关决定投了赞成票。多年以后，他在中共七大上主动作了检讨，承认自己当时“只是从单纯的军事角度来考虑问题”，没有充分认识到中国革命战争的实际特点。
这段经历并没有让刘伯承停留在书本经验里。第四次反“围剿”作战中，红军虽然取得胜利，但部队伤亡并不小。刘伯承逐渐发现，照搬正规战争的攻坚办法，在敌强我弱的条件下很难长期奏效。1934年5月，他撰写文章，强调深入敌后、开展游击战争的重要性。
这类意见很快触犯了李德的军事主张。李德当时在中央军事指挥中拥有很大影响，重视阵地战和正规战，对刘伯承的看法并不认同。有人问：“既然不同意，为什么还要坚持说？”刘伯承回答：“军事上的问题，不能只看一时得失，部队的伤亡总要有人负责。”
不久，他被免去红军总参谋长职务，改任红五军团参谋长。这是第一次被撤职。职务降低了，刘伯承却没有消沉。他到任后召集营以上干部，结合战场实际，分析硬拼阵地、消耗兵力的弊端。这样的举动，无疑进一步加深了他与李德等人的矛盾。
事实很快证明，刘伯承的判断并非意气之争。1934年12月黎平会议后，他重新回到中革军委，恢复红军总参谋长职务。遵义会议召开时，他明确支持毛泽东的正确主张。此前的错误，他没有回避；新的局面中，他也没有继续固守旧见。
刘伯承第二次被免职，发生在红一、红四方面军会师之后。1935年6月，中央红军与红四方面军在四川懋功会师。两支部队力量汇合，本应有利于北上抗日，却因军事领导权和行军方向产生严重分歧，部队后来分为左路军和右路军。
张国焘掌握红四方面军主力，起初同意北上，随后却迟迟不肯执行中央决定，并试图另立领导核心。刘伯承当时与朱德等人一同坚持维护中央权威，在相关会议和内部争论中没有迎合张国焘。对掌握重兵的一方来说，这些意见自然不会被轻易接受。
局势恶化后，刘伯承受到排挤。1936年2月，他再次被免去红军总参谋长职务，改任红军大学校长。名义上仍是重要岗位，实际却远离了军事决策中心。学校内部有张国焘方面的人对他冷眼相待，他没有公开争执，而是把精力放在教学和团结干部上。
这一次撤职，表面看是职务调整，实质上却与路线和权力冲突有关。刘伯承得罪的并不是普通同僚，而是当时掌握重要军事力量的李德和张国焘。两人的主张不同，却都曾在特定阶段影响中央红军的军事决策，刘伯承坚持从战场实际出发，难免成为冲突焦点。
1936年6月，红二方面军与红四方面军在甘孜会师，朱德、刘伯承等人的处境逐步改善。经过多方努力，红军最终重新走向统一。10月，红一、红二、红四方面军在甘肃会宁会师。12月，刘伯承第三次出任红军总参谋长。
此时的刘伯承，已经不再只是熟悉条令和参谋业务的军事干部。他经历过宁都会议的判断失误，也经历过两次职务撤换，对中国革命战争的特点有了更深认识。随后，他参与指挥黄河以东的作战，并奉命组织援西军，承担整顿和带领部队的任务。
抗日战争全面爆发后，刘伯承由军事中枢走向前线，担任八路军第一二九师师长。过去在参谋岗位上积累的经验，最终转化为独当一面的战场指挥能力。三次出任总参谋长、两次被免职，既记录了他的曲折经历，也反映出中国革命军队在路线分歧和战争实践中不断寻找正确方向的过程。