Tháng hai năm thứ hai mươi ba niên hiệu Chí Chính (công nguyên 1363), Chu Nguyên Chương quyết định thân chinh để giải cứu An Phong (nay nằm về phía Nam Thọ Huyện, tỉnh An Huy) để giải vây cho bộ tướng cửa mình là Lữ Trân, đang bị Trương Sĩ Thành bao vây. Lưu Cơ phân tích tình hình chung, cho rằng việc làm này không phù hợp với chiến lược trước kia đã quy định, tức phải đánh bại Trần Hữu Lượng trước rồi mới tiêu diệt Trương Sĩ Thành sau. Do vậy, ông đã cực lực khuyên ngăn Chu Nguyên Chương không nên ra quân. Ông nói: - Vạn nhất Trần Hữu Lượng thừa cơ đến tấn công, thì ta sẽ gặp tình cảnh tiến thoái lưỡng nan. Hơn nữa, cứu được Tiểu Minh Vương Hàn Lâm Nhi thì an trí ông ta thế nào? Nên tiếp tục để cho ông ta làm Minh Vương, hay là đưa ông ta đi giam ở một nơi khác. Hoặc, đem ông ta giết đi? Nếu đem giam hoặc giết ông ta, thì bây giờ đi cứu ông ta làm gì? Chi bằng cứ mượn tay Trương Sĩ Thành giết chết ông ta là hơn. Còn nếu để ông ta tiếp tục làm Minh Vương, há chẳng phải tự mình tạo chuyện rắc rối cho mình, tự tìm người đội lên đầu để họ cai quản mình sao? Chu Nguyên Chương cho rằng nếu An Phong thất thủ, thì Ứng Thiên cũng sẽ mất đi tấm bình phong, vậy cứu An Phong tức là bảo vệ cho Ứng Thiên. Cho nên chu Nguyên Chương vẫn tự mình thân chinh như đã định. Quả mọi việc không ngoài sự tiên liệu của Lưu Cơ, khi Chu Nguyên Chương cử binh đến cứu viện cho An Phong, thì Trần Hữu Lượng bèn thừa cơ xua quân tấn công. Hắn điều động mấy trăm chiến thuyền, năm sáu mươi vạn quân đội, dốc hết sức mạnh để bao vây Hồng Đô (nay là thành phố Nam Xương, tỉnh Giang Tây), và đã nhanh chóng chiếm Cát An, Lâm Giang, và Vô Vi Châu. Nam Xương bị vây hơn tám mươi ngày, kịch chiến liên tục đêm ngày mấy mươi hôm, tình trạng hết sức nguy cấp. Chu Nguyên Chương nghe thế mới biết lời tiên đoán của Lưu Cơ thực là chính xác, nên tự trách mình: "Vì không nghe lời tiên sinh nên mới có sự thất bại ngày hôm nay". Lưu Cơ lên tiếng an ủi: - Bây giờ tỉnh ngộ vẫn còn chưa muộn. Chu Nguyên Chương bèn đích thân dẫn hai chục vạn đại binh đi cứu viện, ra lệnh cho Lưu Cơ ở lại giữ Ứng Thiên. Trần Hữu Lượng nghe nói Chu Nguyên Chương dẫn binh tới cứu viện, sợ hãi mặt thụ địch, nên vội vàng tháo vòng vây và bố trí trận địa tại hồ Thẫm Dương, chuẩn bị nghênh chiến. Quân cứu viện của Chu Nguyên Chương tới nơi, liền bắt đầu kịch chiến với quân địch trên hồ Thẩm Dương. Giai đoạn đầu của trận đánh, Chu Nguyên Chương nhiều lần gặp cảnh thất lợi, suýt nữa lâm nguy. Bí quá, Chu Nguyên Chương bèn ra lệnh cho Từ Đạt về Ứng Thiên thay thế Lưu Cơ. Lưu Cơ đi bất kể ngày đêm. Sau khi đến nơi, bèn cùng Chu Nguyên Chương bàn bạc chiến thuật để phá địch. Hai người đều chủ trương dùng hỏa công. Nhưng Chu Nguyên Chương vẫn lo hướng gió không ổn định, thuyền nhiều khó đốt cháy hết, nếu không khéo lửa còn có thể cháy đến thuyền mình như chơi. Căn cứ theo sự quan sát hiện tượng thiên văn của Lưu Cơ, ông đoán đến hoàng hôn thì sẽ có gió Đông bắc thổi. Họ liền chuẩn bị ngay bảy chiếc thuyền nhỏ, bên trên chất nhiều hình nộm bằng rơm để nghi binh, lại đổ nhiều dầu lên cỏ sậy khô, còn chứa trong thuyền rất nhiều thuốc súng và lưu huỳnh, nhanh chóng cho thuyền tiến ra giữa hồ. Khi tới gần chiến thuyền của địch, binh sĩ bèn quăng móc để móc dính thuyền địch và thuyền hỏa công, rồi nổi lửa đốt. Chỉ trong khoảnh khắc, lửa cháy ngất trời. Những thuyền to đều bị cháy. Cuộc chiến đấu giữa đôi bên diễn ra vô cùng ác liệt, một ngày phải tiếp lửa đến mấy chục lần. Tiếng hò reo sát phạt, tiếng sóng gió, tiếng lửa cháy hòa lẫn lại làm một, nghe thật rùng rợn. Trong khi kịch chiến, tướng sĩ hai bên thương vong rất nhiều. Trần Hữu Lượng không tiên liệu được điều đó nên sự tổn thất của hắn càng to hơn. Có lần, Chu Nguyên Chương đang ngồi trên thuyền chỉ huy để ra lệnh chiến đấu, bỗng Lưu Cơ đang ngồi bên cạnh nhảy vọt lên, la to: - Ngôi sao tai nạn sắp đi qua, vậy mời chúa công hãy mau đổi thuyền! Chu Nguyên Chương là người vốn rất bình tĩnh trong lúc chiến đấu, nghe thế cũng không khỏi giật mình, quay mặt nhìn lại ông thấy Lưu Cơ hai tay khoát lia lịa, to tiếng nói tiếp: - Hãy hỏa tốc đổi thuyền ngay! Chu Nguyên Chương chưa kịp hiểu ra chuyện gì, thì đã bị Lưu Cơ và mấy vệ sĩ theo hầu sát một bên, cùng kéo ông qua một chiếc thuyền khác. Chu Nguyên Chương ngồi chưa vững, đã nghe một tiếng nổ ‘ầm” thực to. Thế là chiếc thuyền chỉ huy của Chu Nguyên Chương đã bị trúng đạn đại pháo của Trần Hữu Lượng, vỡ thành từng mảnh vụn, và chìm lĩm xuống đáy hồ. Lúc bấy giờ Chu Nguyên Chương mới tỉnh thần trở lại, và hiểu chuyện gì đã xảy ra, lên tiếng khen ngợi Lưu Cơ là người tính toán như thần. Thì ra, Lưu Cơ thấy Chu Nguyên Chương do nóng lòng muốn chiến thắng, nên không chú ý tới việc nghi trang chiếc thuyền chỉ huy của mình, mà cho thuyền đi lại tự nhiên giữa chiến trận. Trong khi đó, đối phương đã phát giác Lưu Cơ đoán biết Trần Hữu Lượng chắc chắn sẽ ra lệnh cho pháo binh của mình tập trung bắn vào thuyền chỉ huy của Chu Nguyên Chương. Nhân lúc bấy giờ trên trời cũng vừa xuất hiện một hiện tượng khác thường, mà người đời thường gọi là "vì sao khổ nạn". Lưu Cơ bèn hối Chu Nguyên Chương thay đổi chiếc thuyền chỉ huy, và may mắn tránh được một tai họa có thể quyết định cho sự thành bại của Chu Nguyên Chương. Riêng Trần Hữu Lượng và các tướng lãnh của ông ta, trông thấy chiếc thuyền chỉ huy của Chu Nguyên Chương bị bắn chìm, ai ai cũng cho rằng Chu Nguyên Chương đã chết, không còn gì phải nghi ngờ nữa. Toàn quân cửa Trần Hữu Lượng đều vỗ tay reo hò, nâng ly chúc mừng nhau. Giữa lúc họ đang vui mừng cuồng nhiệt đó, bỗng thấy thuyền chỉ huy của Chu Nguyên Chương lại xuất hiện để chỉ huy tấn công, nên tất cả không khỏi kinh hoàng thất sắc, cho rằng Chu Nguyên Chương được thần tiên phò hộ. Cả trận địa của Trần Hữu Lượng vì thế mà rối loạn cả lên. Quân đội của Chu Nguyên Chương bèn thừa cơ cho chiến thuyền của mình xoay quanh những chiến thuyền lớn của đối phương để tấn công, khi ẩn khi hiện, chẳng khác gì những con rồng thần đang bơi trên mặt nước, khiến Trần Hữu Lượng bối rối không biết cách nào để đối phó. Tướng sĩ của Chu Nguyên Chương thấy vậy, tinh thần phấn chấn hẳn lên, hò reo rung chuyển cả mặt hồ. Lúc đó mặt hồ cũng bắt đầu nổi sóng to, mây mù bắt đầu bao kín trên trời, tạo điều kiện tốt để quân Chu Nguyên Chương mở cuộc tấn công dữ dội. Chiến thuyền của Chu Nguyên Chương bé nhỏ hơn, nhưng nhờ đó mà nó di chuyển lanh lẹ hơn, thích hợp để sử dụng lối đánh hỏa công. Chiến thuyền to của Trần Hữu Lượng cứ đưa lưng ra chịu đánh. Có những chiếc bị đánh chìm, có những chiếc bị hỏa công đốt cháy như cây đuốc. Cuộc hỗn chiến tại hồ Thẩm Dương kéo dài ba hôm vẫn chưa phân thắng bại. Về sau, Lưu Cơ kiến nghị với Chu Nguyên Chương nên đưa quân chủ lực ra cửa hồ, chận con đường lưu thông của địch quân, rồi dùng biện pháp "đóng cửa đánh chó”, để cắt đứt đường vận chuyển lương thực của địch. Do lương thực thiếu thốn, binh sĩ mệt mỏi, nội bộ- của Trần Hữu Lượng bắt đầu nghi kỵ lẫn nhau, nên quân của Trần Hữu Lượng đã nhanh chóng bị đánh bại. Một số lớn bị bắt và đầu hàng. Trần Hữu Lượng khi chường mặt để quan sát tình hình, bỗng một mũi tên lạc bắn trúng, chết ngay tại chỗ. Quân đội cửa Chu Nguyên Chương đã trả một giá rất cao về mặt thương vong, và trải qua mấy lần nguy hiểm, rốt cục đã đánh bại triệt để cánh quân của tên cường địch này. Sau khi trở về đến Ứng Thiên, Chu Nguyên Chương tỏ ý hối hận đối với quyết sách trước đây của mình, nói với Lưu Cơ: - Đáng lý tôi không nên cử binh đi cứu An Phong. Nếu Trần Hữu Lượng thừa cơ hội đó đánh thốc vào Ứng Thiên, thì quân ta tiến cũng không thành công, mà thoái cũng không có nơi để cố thủ, đại sự chắc chắn sẽ tiêu tan. Cũng may hắn không tấn công Ứng Thiên, mà lai bao vây Nam Xương. Nam Xương đã cố thủ được ba tháng, giúp tôi có thời gian để tập trung binh lực. Trần Hữu Lượng đã sử dụng một kế sách tồi như vậy, không bị diệt vong thì đợi chừng nào. Qua mấy chiến dịch chủ yếu để bình định Trần Hữu Lượng, Lưu Cơ lúc nào cũng có sẵn mưu lược trong tâm trí, và mỗi kế hoạch của ông đều có hiệu quả rất cao. Nhất là qua cuộc chiến tại hồ Thẩm Dương, đánh bại quân Hán của Trần Hữu Lượng, đã tạo được nền tảng để xây dựng bá nghiệp của triều nhà Minh. Tư tưởng chiến lược và chiến thuật của Lưu Cơ trong trận đánh hồ Thẩm Dương, rất đáng được mọi người nghiên cứu và rút kinh nghiệm.