1930年5月中原大战爆发后,刘峙被任命为第2军团总指挥,于陇海线与阎冯联军正面作战,所辖皆蒋介石嫡系精锐部队,蒋介石还调集铁甲车、飞机、炮兵助战。
刘峙的对手是阎冯联军的孙殿英、万选才部,他们利用自己熟悉地形、善打游击战的特点,利用豫东有利地形,避开刘峙的精锐,从两侧展开攻击,因此双方刚开火两日,刘峙部便已伤亡上万人。
刘峙连夜请示蒋介石,经蒋介石同意,将部队退后十里,一边防守,一边派飞机查明敌情,然后充分利用飞机、大炮对敌军进行轰炸,同时配合顾祝同、陈继承、陈诚三师精锐部队猛烈反击,冯玉祥、阎锡山联军被迫撤退。
7月初,蒋介石把作战重心由陇海线移至津浦线,刘峙任津浦路总指挥,发起总攻。晋军抵挡不住节节败退,蒋军于8月15日攻克济南,使战局发生决定性的转折。
10月初,蒋军主力转至陇海、平汉线,刘峙为左翼军总指挥,辖上官云相第3纵队、刘茂恩第4纵队、杨虎城第5纵队,负责平汉线的正面进攻,此战刘峙打得得心应手。