新莽天鳳年間，赤眉、綠林、銅馬等數十股大小農民軍紛紛揭竿而起，大批豪強地主也乘勢開始倒莽，頓時，海內分崩，天下大亂，而此時劉氏皇族的地位也一落千丈，經常被郡縣官吏無故欺壓。一日，蔡陽國釜亭候長喝醉酒後罵劉玄的父親劉子張，劉子張一怒之下殺了亭長，十多年後，亭長的兒子殺了劉玄的弟弟劉騫，為父報仇。劉玄於是就開始就結交賓客，打算為弟弟報仇，後因賓客犯法，劉玄避開官府抓捕，從舂陵逃到平林，官府把劉玄的父親劉子張抓走，劉玄於是詐死，派人將靈柩送回舂陵，官府便釋放了劉子張，劉玄因此自己在外逃匿。
    地皇三年，綠林軍王常、成丹西入南郡，號為下江兵；王匡、王鳳、馬武及其支黨朱鮪、張卬等北入南郡，號為新市兵，都自稱將軍。七月，王匡等進攻隨州，沒有攻下，平林人陳牧、廖湛又聚眾一千餘人，號為平林兵，以為響應。於是，劉玄就前往投奔陳牧等人，擔任陳牧手下的安集掾。劉秀長兄劉縯平時不事家人居業，喜愛交結天下豪傑，聽聞家中族人劉玄投奔了陳牧，就準備和南陽的諸多子弟趁亂起兵，欲圖大事，而劉秀為了躲避官吏，此時正在新野的姐夫鄧晨家躲避，地皇三年秋，劉秀假裝到宛城賣穀，與當地人李通及其從弟李軼密謀起兵。
    十月，劉演正式打出了“複高祖之業，定萬世之秋”的口號，宣布起義，並派遣親客，通知鄧晨在新野起義，劉秀、李通、李軼等在宛城起義，自己則率七八千人在舂陵起義，自稱“柱天都部”，並聯合新市、平林等綠林軍，十一月，劉秀帶領賓客從宛城來到舂陵。起初劉演起兵，家中宗族都不願意跟隨，他們害怕被連坐所以紛紛逃跑，直到看見劉秀穿絳衣大冠，驚歎“謹厚者亦複為之”，才安下心來，劉祉、劉良等也追隨起兵。隨著劉演隊伍越來越壯大，綠林軍便把劉演這一支稱為舂陵軍，而舂陵軍的主力也多為南陽的劉氏宗室和本郡的豪傑。劉縯與劉秀在南陽起事以後，劉演派遣隨同自己起事的族兄劉嘉前往新市、平林軍中聯絡，最後雙方合軍一處，開始了共同對王莽官軍的作戰行動。他們聯軍進擊長聚，與官軍作戰，義軍並力西進，攻克唐子鄉，殺死湖陽都尉，接著全軍奮力北進，又攻克棘陽。
    新莽南陽的最高軍政長官前隊大夫甄阜見義軍威脅到自己的老巢，便率軍全力迎戰，雙方激戰於小長安鄧縣。這一天，大霧彌漫，官軍憑借有利的地形和對環境熟悉的有利條件，猛力反擊，劉氏數十個同宗兄弟都死於這場劇烈的混戰中，劉叔隻能單馬遁走，途中還救了妹妹劉伯姬，但姐姐劉元拒絕上馬，以免拖累劉秀，劉叔知道天命難違，最終劉元的三個女兒被新軍殺死。起義軍則立刻調整部署並退守棘陽，甄阜、梁丘賜獲此大勝，決心乘勝追擊全殲義軍，他們率10萬精兵南渡黃淳水，在兩河之間安營紮寨，同時拆掉架在黃淳水上的橋梁，示無還心，擺出要同義軍決一死戰的架勢。新市、平林兩軍新敗之後，已經對官軍產生了很重的畏懼情緒，見官軍仍然窮追不舍，且其軍力、裝備又遠勝義軍，因而對能否戰勝敵人信心不足，他們打算脫離戰場，然後迅速南逃。
    劉演此時作為綠林軍一軍之長便找劉秀計議，劉叔說道“如果此時二支友軍撤走，單憑他們劉氏宗親統帥的舂陵軍隊，實在是難以戰勝敵人。我們必須先設法穩住二支友軍，大家同心協力共同對敵，才是萬全之策。”恰在此時，王常、成丹、張昂所統帥的一支5000人的下江兵北抵宜秋，劉演決心說服這支部隊參加戰鬥，以此增強對官軍戰鬥的力量，如此又能穩住處於動搖中的其他兩支義軍。於是，劉演兄弟二人與李通一起前往下江兵駐地，劉演說：“願見下江一賢將，議大事。”成丹、張昂共推王常。劉演對王常道”說以合從之利“。王常大悟說道：“王莽篡弑，殘虐天下，百姓思漢，故豪傑並起。今劉氏複興，即真主也。誠思出身為用，輔成大功。”劉演說：“如事成，豈敢獨饗之哉！”王常被說的口服心服，五體投地，表示決心追隨劉氏兄弟共創大業。
    然而，當王常將與合作的意向告訴成丹、張卬二人時，他們極力反對，並主張不應該受製於劉氏兄弟。此時王常已傾心歸漢，乃勸導下江軍諸將：“夫民所怨者，天所去也。民所思者，天所與也。舉大事者必當下順民心，上合天意，功乃可成。今南陽諸劉舉宗起兵，觀其來議事者，皆有深計大慮，王公之才，與之並合，必成大功，此天所以佑吾屬也。”一席話說服了下江兵諸將，他們的態度又影響了新市與平林兩支隊伍。三支義軍決心與劉氏兄弟統帥的南陽義軍團結戰鬥，共同反擊。劉演、劉秀對此十分高興，他們同綠林軍領袖們“大饗軍士，設盟約”，休息三天，同時製定了周密的作戰計劃。
    地皇四年正月甲子，劉演將全軍分為六部，借助黑夜的掩護，分進合擊，義軍一舉奪取官軍的後勤基地，盡獲其輜重。第二天早晨，劉演兄弟又率兵自西南方向攻擊甄阜軍，下江兵則自東南方向攻擊梁丘賜軍，雙方接戰後皆拚死搏鬥，激戰到飯時，梁丘賜陣腳先亂，士卒開始向後潰逃；甄阜軍見狀，頓時也失去抵抗的勇氣，紛紛逃竄，義軍見敵人潰逃立刻緊追不舍，逃散的官軍被逼至黃淳水邊，欲渡無橋、欲戰無力，被殺或溺水死亡者近兩萬餘人，甄阜、梁丘賜也被殺死。這一戰綠林軍大獲全勝，眾軍也把劉演兄弟稱為項梁、項羽一般的人物。
    接著綠林軍乘南陽戰勝之威，立刻揮師北進，兵鋒直指宛城，在這裏他們遇到了嚴尤和陳茂所指揮的官軍。嚴尤是新莽朝廷中頗具才幹的將領，他到荊州後就開始招兵買馬，很快組織起一支較有戰鬥力的部隊；綠林軍在取得對南陽甄阜的勝利後，嚴尤、陳茂二將便率兵趕來，準備在宛城附近與之進行大決戰。劉演毫不畏懼，決心全力迎敵，他陳兵誓眾，焚積聚，破釜甑，鼓行而前，以必死的決心，必勝的勇氣，伴著隆隆的戰鼓，督率全軍衝鋒；綠林軍在淯陽城下，與官軍展開激戰。
    起義軍士氣如虹各個以一當十愈戰愈勇，一戰就斬首官軍3000具，義軍於是全軍乘勝追擊，將宛城團團包圍。經此戰，劉演自稱柱天大將軍，從此威名遠揚，王莽知道劉演的名字與事跡後，公開懸賞：凡殺死劉演者，獎勵食邑5萬戶，黃金10萬斤，並賜上公的官位，同時還下令長安的官署及天下鄉亭的門側堂上一律畫上劉演的圖像，每天令士卒射之，以發泄他的仇恨。後來，王莽還命人隨便抓個百姓，就說是劉演，遊街示眾後殺掉。
    地皇四年正月，綠林軍在連續取得對官軍的勝利後，隊伍發展到了10多萬人，起義軍的多數領袖們認為，為了便於對整個義軍的統一領導，增強對廣大百姓的號召力，在更大規模上推進對王莽政權的鬥爭，應該擁立一位劉氏宗室為皇帝。當時，起義軍中的漢宗室基本上都是舂陵侯的後代，其中又以劉演與劉玄為代表，起義軍將領們在立兩者中何人為皇帝的問題上產生了嚴重分歧，南陽豪傑與王常等希望擁立劉演，因為在幾次對官軍的戰鬥中劉演已經展示了超人的謀略和卓越的指揮才能；但綠林軍的其他將領則屬意於劉玄，他們對劉演的威名有點害怕，擔心一旦被立為皇帝就不易左右，而劉玄性格怯弱，立他為皇帝較易控製。
    王匡、王鳳、張卬等人計議已定，然後將劉演從前線召回，要他在劉玄為帝的問題上表態，劉演明白這些人要他同意既定方案，實際上要他放棄自己做皇帝的意圖。他雖心有不甘，但又不便明確表示反對，於是提出暫緩確立皇帝人選的建議。劉演此一番操作得到不少將領附和，張卬看到他們議決的事有可能破產，十分惱怒，拔劍擊地，聲色俱厲地說：“疑事無功。今日之議，不得有二。”眾人看一如此情形，也不敢提出異議了，立劉玄為帝之事就這樣定了。地皇四年二月一日，劉玄在淯水之畔稱帝，改元更始，是為更始帝。更始帝封族父劉良為國三老，王匡為定國上公，王鳳為成國上公，朱鮪為大司馬，劉演為大司徒，陳牧為大司空，其餘都拜為九卿或將軍，劉演升為大司徒後，又加封漢信侯。