加整风运动。1945年6月被选为中共第七届中央委员，后回到晋冀鲁豫根据地，领导全区军民举行对日大反攻。
解放战争时期，历任晋冀鲁豫军区、中原军区、第二野战军司令员。1945年8月，国军阎锡山部进攻上党地区。毛泽东下令“针锋相对，寸土必争”。9月，刘伯承发起上党战役，他先后以夺城打援、围城打援和追歼逃敌的战法，全歼阎军13个师共3。5万人。10月，刘伯承又组织和指挥了邯郸战役（平汉战役），以集中优势兵力各个歼灭的战法，消灭国军第34、40军共2万余人。有力地支持了毛泽东、周恩来在重庆同蒋介石的和平谈判。1946年8月率主力部队开赴冀鲁豫前线，组织陇海、定陶、巨(野)金(乡)鱼(台)和豫北等九个大规模的战役，歼灭和钳制了大量国民党军，解放大片地区，有力地配合其他战场击破国民党军的全面进攻。1947年6月30日，刘伯承、***遵循毛泽东的战略决策，率12万大军以迅猛之势在300里的的正面上强渡黄河，突破国军中央防线，揭开了战略大反攻的序幕。8月，刘邓大军疾速南进，千里跃进大别山。9月起与进军豫皖苏的陈(毅)粟(裕)野战军和进军豫西的陈(赓)谢(富治)集团密切协同，在江淮河汉之间大量歼灭敌人，迫使国民党军陷于被动，对扭转全国战局起了决定性作用。1948年5月，刘伯承任中原野战军司令员。5月至8月，刘伯承先后指挥了宛西、宛东和襄樊战役，歼敌近6万余人，其中襄樊战役被朱德誉为“小型模范战役。”10月，刘伯承参与指挥了淮海战役。在粟裕的华东野战军歼灭黄百滔兵团的同时，刘伯承指挥中原野战军果断地截断徐蚌铁路，使徐州的杜聿明集团被完全孤立。接着又指挥中野主力在双堆集围歼了黄维兵团，成为淮海战役承前启后的关键一仗。11月，参与指挥淮海战役，取得战略决战的重大胜利。1949年4月参与指挥渡江战役，并直接指挥第二野战军解放了皖南、浙西、赣东北、闽北的广大地区。同年冬，指挥西南战役，执行远距离迂回包围的作战方针，解放四川、云南、贵州、西康四省。1949年12月，任西南军政委员会主席，中共中央西南局第二书记。
1950年冬，领导组建人民解放军军事学院，任院长(后兼政治委员)。1954年起先后任中央人民政府人民革命军事委员会副主席，国防委员会副主席，军委训练总监部部长。1957年9月任高等军事学院院长兼政治委员。1958年因所谓教条主义受到错误的批评。1959年后还曾负责中共中央军委战略研究工作。他一贯主张“治军必先治校”。在院校工作中坚持以理论和实践相结合的思想指导教学和学术研究，在继承和发扬人民解放军优良传统的基础上学习外军的先进经验。他组织大规模的教材编写和翻译工作，亲自撰写、审定和翻译了一批军政教材。积极建设又红又专的师资队伍，团结教育旧军官出身的教员。重视合同作战的训练，并陆续开设海军、空军、炮兵、装甲兵等系，为后来建立各军种、兵种指挥院校和形成比较完整的军事院校体系奠定了基础，为建设现代化、正规化革命军队培养了德才兼备的中高级干部。1955年被授予中华人民共和国元帅军衔和一级八一勋章、一级独立自由勋章、一级解放勋章。为中共第八届至第十一届中央政治局委员。1966年1月起任中共中央军委副主席。他还是第二届至第五届全国人大常委会副委员长。1982年后，由于年龄和健康原因辞去党政军领导职务。1986年10月7日在北京逝世。
刘伯承元帅是我们党老一辈坚强的无产阶级革命家，中外著名的军事家，是中国人民解放军的缔造者和中华人民共和国的开国元勋之一，也是卓越的马克思主义军事理论家。在长期的革命战争年代，他在党中央和毛泽东的领导下，和***同志一起，以渊博的学识和卓越的才能，组织指挥了许多重大战役，不仅战功卓著，而且有突出的理论建树，形成了一整套独具特色的、指导价值很高的军事理论。其作战谋略、指挥艺术和军事理论是毛泽东军事思想的重要组成部分，也是他创造性地运用毛泽东军事思想解决军事实践问题的科学总结，反映了军事领域中的客观规律。朱德评价说：“他在军事理论上造诣很深，创造很多。”陈毅赞扬他“论兵新孙吴”，是当代杰出的兵法家。***评价他的军事理论“在国内外屈指可数”。