隆碩元年(661)三月，唐朝任命左後衛中郎將王為(今南朝鮮)都統，安撫百濟余部。不幸的是，王在渡海時不幸遇難。百濟高僧陳道和他的信徒扶余福信，支持周留成(今韓國福安)反抗唐朝，派人到日本(今日本)歡迎已故太子傅玉鳳回來，擁立他為王。此時日本也想趁朝鮮半島三國內亂之機，保住自己在朝鮮半島的勢力，緩解國內政治危機，於是派阿坦·比羅夫帶領日軍護送傅玉鳳回百濟。蘇回國後，和扶余福信率眾圍攻百濟府，劉仁源派使者急趕。命令劉以刺史為校對員，帶領王的部隊，從捷徑征新羅(位於朝鮮半島東南)營救劉仁源。劉聽到這個消息非常高興，說:“天上會發財的！”(《舊唐書·劉傳》)所以我選了個黃道吉日。臨行前，劉信誓旦旦地說:“我打算夷平三海，獻上國家的新月，讓當地的風俗服從。”(《舊唐書·劉傳》)
這壹次，剛滿60歲的劉第壹次出門。由於沒有作戰經驗，劉治軍非常嚴格。劉桂仁率領唐軍沖鋒陷陣，所向披靡。陳濤率領百濟軍在金雄河(今韓國晉江)豎起兩道柵欄抵禦唐軍，劉率兵四面夾擊新羅兵，大敗百濟軍，士卒為柵欄而戰。因為臨時橋窄，壹萬多人落水，被唐軍消滅。陳道失去了兩個圍欄，於是解除了對劉仁源的圍攻，退守仁村城(百濟以西的仁村山)。陳道自稱領軍將軍，而阜新自稱霜岑將軍，招兵買馬，實力越來越強，對唐軍構成威脅，劉見唐軍兵力少，便與劉仁源聯手，以保存實力。
這時，漢武帝派軍隊去新羅幫助劉。新羅國王於是派秦進將軍去百濟宮。經過古司(今韓國四川)後，秦進被阜新部封鎖，只好由葛陵路(今韓國四川縣與金州縣之間)返回，不敢返回。不久，阜新殺了陳道，吞並了他的追隨者，獨裁統治政府。傅玉鳳“只是個道士”(《舊唐百濟傳》)。
隆碩二年(662年)二月，唐朝平壤道首席行軍官蘇攻打平壤久矣，也值大雪，於是開道回國。也認為不宜再戰，於是向劉下了壹道聖旨:“平陽歸來，壹城不能獨固。若宜拉新羅，必守之。”。如果金法民通過青等人留在鎮上，就此打住是合適的；如果沒有必要，就應該放歸大海。”(《舊唐書·劉傳》)唐軍兵也要歸西。劉客觀而仔細地分析了雙方的形勢，決定堅守百濟，伺機進攻。他說:“《春秋》的意思是，大夫出疆，可以定國、利國、專。在滄海之外，妳是壹只親密的狼！而人與臣都致力於思考，沒有死，眾之利皆知。國主要想吞滅朝鮮，首先要懲罰百濟，留兵鎮守，控制心腹。雖然優步已經滿員，而且準備非常嚴格，但還是應該磨刀霍霍，出其不意。既然他沒有準備，為什麽不能進攻？如果妳贏得了壹場戰鬥，妳的士兵就會安全。然後根據風險劃分我們的兵力，打開局面，飛到表聞，邀請戰船。朝廷知道成功了，就當老師指揮，只取支持，兇多吉少，弄巧成拙。不放棄成功，永遠在海外。現在平壤的軍隊回來了，金雄被拔掉了，百濟過幾天會更繁榮，朝鮮什麽時候滅亡？而今天，壹座城市在盜賊的中心，如果它滑倒，它將是壹個廢墟。拉進來新羅是另壹個客人，弄走了很失望，不能後悔。鄺福新殘忍，殘忍，殘忍得太厲害了。禦風猜忌，混淆視聽，又超然於外，勢必相害。只宜堅守變化的理念，順勢而為，不動。”(《舊唐書·劉傳》)人們認為劉是對的，他們都互相效仿。
當時傅宇峰和傅鑫也認為唐駿無可奈何，即將撤退。他們還派使節打聽:“大使什麽時候回西方，應該派人去送行。”(《資治通鑒》卷200)從此無人看守。劉、想知道百濟防守松懈，於是乘其松懈，於七月率部奇襲，先後攻克直羅城(今韓國懷德)、、大山、沙井等城門，殲滅敵軍，俘虜多人，分兵防守。阜新等人退守先軫城(今朝鮮岑縣)，臨江城險高，被閆冰火速鎮守。不久後，劉等他稍有懈怠，率新羅兵夜襲城門口，又驅使眾將從四面八方爬草登城，在黎明時分占領了真正的硯城，終於打通了新羅運糧之路。劉仁源派出特使回國報喜，同時請求增援。此時已得知倭國派兵增援百濟，於是命路行軍主將、右衛將軍孫從淄(州轄今山東淄博西南)、青、萊(轄益都，今山東省)和海(轄今江蘇連雲港西南)四州各派七千兵前往。
阜新等人失去先軫城後，日益窘迫，與傅玉鳳的猜疑與日俱增。福新假裝沒有得病，在他來詢問病情時試圖殺死福玉鳳。不料此陰謀敗露，扶余奉帥親信襲殺扶辛，並派使臣赴韓日乞求恩師相助。
隆碩三年(663年)，日本天智天皇以援助百濟為名，令外川智子茅野等27000余名日本將領進攻新羅，攻占沙比直和怒江，切斷了唐軍與新羅的聯系。八月，唐高宗在海東打了幾年仗，百姓被困在征兵中。士卒眾多，於是命三十六州造船，派司元太常伯(即尚書)竇德玄到10路，問其疾苦，上書官員。九月，孫率兵至，與劉、劉仁元會師，唐軍兵勢大。
唐軍立即召開軍事會議，討論下壹步作戰計劃。會上有人認為“嘉林城水陸湍急，請先打。”但是，劉覺得此舉不妥，提出了自己的計劃。他說:“加林危而固，速攻必傷兵。堅持下去，就會堅持很久。不如先攻周柳城。劉洲，賊巢，兇徒聚集地。為了清除邪惡的事物，我們必須拔掉它的源頭。如果周珂留下來，那麽這些城市將會衰落。”(《舊唐書·劉傳》)此舉得到了唐軍將領的認可，於是唐軍兵分兩路:劉仁元、孫、新羅王領兵前進；劉與杜雙、百濟將軍傅玉龍壹起，率領水軍和糧船從金雄下到白江，與大軍會合，向周柳城(在今南朝鮮福安，建在離白江上遊不遠的左岸山上，三面環山，壹面臨水)進發。
第八天，孫在白江打敗了殘存的百濟軍和日本兵，攻克了周留城。因為劉洲告急，日本將軍盧淵率領水軍壹萬多人渡海，準備告白，在河口登陸。劉率領水軍先到達白江口。27日，日本海軍也從海上抵達白江口，兩軍相遇。當時唐朝有7000多名海軍，170艘戰船。日本擁有超過10000人的海軍力量，超過1000艘戰艦。日軍雖然在數量上超過了唐軍，但唐朝建造的船只因為國力強大，經濟發達，所以以身材高大，性能良好而聞名。比如意大利人Fuehles的《中世紀的中國與非洲》中記載:“中國大約從公元600年開始建造五層甲板的大噸位帆船。中國帆船體積大，抗風浪能力強。”唐代船只的大小可見壹斑。此外，唐朝的海軍艦艇種類也很多。據李靖的《龔偉兵法·攻防戰篇》和李治的《太白靜音水軍篇》記載，唐代海軍艦船有造船、蒙沖、鬥船、步行船、遊艇和海鸛六種。所以唐朝水軍的戰船雖然在數量上處於劣勢，但在質量上卻遠超日本戰船。
而且在這場海戰中，中國的歷史記載非常簡略，而日本的歷史記載則更加詳細。由於唐朝的水軍最先到達百江口，戰船精良，劉采取了耗敵之策，先占有利位置，在百江口排兵布陣。日軍趕到後，率先進攻，結果不利，撤退了。而唐駿依舊立場堅定。28日，在第壹次被唐水師擊敗後，日本將領和百濟王仍然盲目地高估了自己的實力，錯誤地認為“我們應爭第壹，他應退”(《日本秘書》卷27《天命離開天皇》)，所以沒有作出任何整頓和部署，也沒有理會天氣的變化， 於是他們“引日軍之兵入唐軍”(日本大臣)劉見日軍來攻，就充分利用唐軍戰船的優勢，指揮水軍左右夾擊日軍船只，使其不能掉頭，然後他用火攻之。 壹度“煙升天，海染紅。”(《舊唐書·劉傳》)經過激烈的戰鬥，唐軍取得了四戰全勝的輝煌戰果:燒毀日軍戰船400余艘；殺了日軍大將樸石天來進；傅玉鳳趁亂逃往韓國，劍被唐軍繳獲；扶余中生親王、扶余中支及日軍殘余投降；百濟所有的城市都投降了，百濟再次被平定。只是到了晚期，才相信任存成不會投降。
百江口海戰是中國古代戰爭史上的壹次大規模海戰。由於中國史書記載有限，鮮為人知。在這次戰鬥中，劉指揮有方。在他的部隊不如對方的時候，他先取守勢，然後順勢而為，以己之長攻敵之短，最終取得了甲午戰爭歷史上第壹次大規模戰役的勝利。陸地上的日軍聽到這個消息，都驚呆了。“他們說，‘周柔(即劉洲)投降了，但是沒有辦法。百濟的名字在今天是獨壹無二的。怎樣才能回到古墓所在的地方？" "(《日本大臣》卷二十七《天命告別天皇》)白江口海戰的勝利，使唐軍迅速占領百濟全境，形成攻韓態勢。同時也粉碎了日本侵略朝鮮半島的野心。日本天誌皇帝害怕唐軍進攻大陸。自公元664年起，他在國內花費巨資，修築了四道防線，為唐軍做準備。
此前，百濟教主相如、黑牙平壤道行軍總管蘇回師後，聚眾而亡，壹切險應阜新。白江口海戰後，他們的部隊都叛變了。劉親切地安慰了他們，然後讓他們帶著自己的部隊進攻任存城，並準備派唐軍去幫助他們。孫說:“很難相信相如和其他動物是殘忍的。給妳打壹仗，妳就是壹個兵。”劉不同意，說:“我的觀點是相似的，他們總是忠誠和足智多謀。感恩者從我而成，背我而滅。因為機會有效，就在這壹天，所以無需懷疑。”(《舊唐書·劉傳》)於是送來黑牙昌等糧食和兵器，與他同行，於是任命他為儲市。他很晚才拋棄家人去了韓國。在這壹點上，百濟是平的。