直到次年二月才抵达朝鲜，杨镐、李如梅已经失败了。经略邢阶于是将部队分为三部，中军董一元，东路麻贵，西路刘綎，而让陈璘专门负责水军。刘綎在水源扎营，倭寇也分兵三路，小西行长据守顺天，挖很深的沟壕，加固防守的栅栏。刘綎想引诱并捉住他，派使节请求跟他约定日期会见。使者三次返营，刘綎每次都一个人骑着马在路途中等候，行长侦察得知，于是信以为真。约定在八月初一日会见。到了约定日期，刘綎的部下泄露了这一计谋，行长大惊，逃走了。刘綎进攻失败，监军参政王士琦不高兴，想把他捆绑到中军。刘綎害怕，极力督战攻破敌营，敌人退走不敢迎战。各将分三路出击，刘綎挑战获胜，将匪徒赶入大城中。不久，匪徒听说丰臣秀吉死亡的消息，准备逃跑，刘綎在半夜攻取粟林、曳桥，取得很大的战果，石曼子带领水军营救，半道上被陈璘的水军在海上击败，小西行长于是放弃顺天，乘小船逃走了。
因朝鲜之战有功，朝廷提升刘綎为都督同知，世世代代荫封千户职。调集军队征伐杨应龙，正好四川总兵官万鏊罢官，立即让刘綎代替他，这时军队分为八路，四川占了四路。川东又分为二路，其中以綦江道最重要，命令刘綎把守，杨应龙熟悉刘綎的才干，很害怕，更加加强兵力防守要害之地。
各将攻克丁山、铜鼓、严村，于是进军直捣楠木、山羊、简台三个山洞。山洞非常险要，敌将穆照等数万人连营扎寨，各将领都很害怕。刘綎调遣兵力从三面攻敌，在李汉坝打了一场大仗，活捉敌军头目，其余敌人逃入山洞。刘綎乘胜利余威连克三关，直捣洞前，放火烧洞，匪徒伤亡惨重。三个山洞全部攻克，活捉穆照和匪徒头目吴尚华。这一天，刘綎督战，左手拿赏钱，右手执宝剑，大声喊道：“卖命的有赏，不卖命的斩首！”战死四十人，才获得全面胜利。杨应龙于是派他的儿子杨朝栋、杨惟栋和他的党羽杨珠统帅精锐部队几万人，由松坎、鱼渡、罗古池分三路进攻。刘綎在罗古埋伏一万人，迎击松坎的来敌；在军营外埋伏一万人，迎击鱼渡的来敌；另外准备一路军作为策应。敌人果然到来，伏兵四起。刘綎率部转战出击，斩首数百人，追击逃敌五十里。匪徒聚集石虎关防守，刘綎也挖战壕守备。
当初，刘綎听到任命他征伐播州，停留不肯上任。找了很多借口要挟朝廷。言官一起弹劾他，商议调他当南京右府佥书。刘綎听到这消息，立即辞职不干。总督李化龙以为平定播州非刘綎不可，坚持挽留他，极力向朝廷推荐，刘綎这才上任。翻过夜郎旧城，攻克匪徒把守的