Về mặt chiến lược, Lưu Cơ đã hiến cho Chu Nguyên Chương phương châm tiêu diệt Trần Hữu Lượng trước rồi bình định Trương Sĩ Thành sau, giúp Chu Nguyên Chương nắm được quyền chủ động trong quá trình giành thiên hạ. Khi cuộc chiến bình định quân Hán của Trần Hữu Lượng ở phía Tây đã dần dần kết thúc, thì Chu Nguyên Chương tập trung binh lực, quay mũi giáo chĩa về hướng Đông, tấn công vào Ngô Quốc do Trương Sĩ Thành dựng lên. Khi Trương Sĩ Thành chiếm cứ được vùng Triết Tây, phía Bắc liên kết được với Lưỡng Hoài, dựa vào sức mạnh vũ lực của mình, đã mấy phen xâm chiếm những vùng đất thuộc thế lực của Chu Nguyên Chương. Lưu Cơ cho rằng đấy là một nhóm quân đội bất nghĩa. Mục đích nổi dậy của họ chẳng phải nhằm cứu dân cứu nước, mà chỉ tham lam một cuộc sống phú quý vinh hoa. Do vậy chúng mặc tình cướp bóc của nhân dân bá tánh. Trong khi đó, quân đội của chúng ta thì khác hẳn, không cướp bóc, không lạm sát, không đốt nhà cửa, đúng là một quân đội nhân nghĩa. Có vậy mới tranh thủ được lòng dân. Là một nhà chính trị trứ danh, Lưu Cơ trước tiên đề xuất những kiến nghị trên, giúp cho quân đội của Chu Nguyên Chương trở thành một quân đội có kỷ luật, cao hơn hẳn quân đội của Trương Sĩ Thành một bậc. Là nhà quân sự, Lưu Cơ trong những hành động cụ thể để đánh Trương Sĩ Thành, cũng đã thực hiện tư tưởng quân sự của ông. Vào năm hai mươi ba niên hiệu Chí Chính (công nguyên 1363), Trương Sĩ Thành bao vây thành Kiến Đức. Vị nguyên soái giữ thành là Lý Văn Trung nghe tin cả giận, muốn đánh một trận chết sống với hắn. Nhưng lúc đó có mặt Lưu Cơ tại thành Kiến Đức. Ông bèn giải thích tường tận cho Lý Văn Trung nghe. Trong sách "Bách chiến kỳ lược" của ông, có nói đến chiến thuật "lấy quân đội ăn no để chờ đánh quân đội bị đói": “Phàm kẻ địch từ xa kéo đến, lương thực tiếp tế đều gặp khó khăn, địch đói còn ta no, vậy ta có thể cố thú trong thành, và tìm cách cắt đứt nguồn lương thực cũng như đường chuyên chở lương thực của địch, rồi cùng chong mặt giằng co với địch. Phe địch nhất định sẽ gặp khó khăn lương thực. Tướng sĩ ăn không no, tất nhiên dễ sinh loạn. Do vậy, quân địch chắc chắn sẽ chủ động triệt thoái. Đến chừng đó, ta sẽ bí mật phái kỵ binh phục kích giữa đường, rồi cho quân ở phía sau truy đuổi theo, chắc chắn sẽ giành được toàn thắng". Dựa vào đó, Lưu Cơ cho rằng: - Chỉ ba hôm sau Trương Sĩ Thành nhất định sẽ gặp khó khăn trong việc tiếp tế lương thảo, và buộc phải triệt thoái. Khi hắn rút lui thì ta đuổi theo, chắc chắn chỉ cần đánh một trận là bắt sống được hắn. Lý Văn Trung mặc dù bán tín bán nghi, nhưng nghe Lý Cơ nói hữu lý nên ra lệnh vét hết lương thực ở ngoài thành, rồi đóng cửa thành cố thủ. Đồng thời, nhân đêm tối bí mật phái những cánh quân nhỏ đi mai phục chờ địch. Ba hôm sau, Lưu Cơ thong thả dẫn Lý Văn Trung và các tướng sĩ lên đầu thành quan sát. Quan sát một lúc Lưu Cơ nói một cách tự tin: - Giặc Trương đã bỏ chạy rồi! Các tướng sĩ nhìn thấy doanh trại của Trương Sĩ Thành vẫn còn cờ xí rạp trời, không khác chi bình thường, lại nghe từng hồi trống đánh vang rền, nên nghi ngờ không dám cử binh ra ngoài. Lưu Cơ nhiều lần hối thúc, Lý Văn Trung mới chịu xuống lệnh mở cửa thành cho quân xuất kích. Khi tiến tới doanh trại của Trương Sĩ Thành, quả nhiên mọi việc đúng như sự tiên liệu của Lưu Cơ, doanh trại địch trống rỗng, chủ lực của Trương Sĩ Thành đã toàn bộ rút chạy, chỉ còn lại cờ xí và một số binh lao nhược. Lý Văn Trung bèn xuống lệnh truy kích. Tức thì, những con ngựa chiến đua nhau chạy như bay, mãi đến Đông Dương mới đuổi kịp bộ đội của Trương Sĩ Thành. Sau một trận kịch chiến, quân đội của Trương Sĩ Thành vốn đang đói lại đang mệt mỏi, nên không sao chống đỡ nổi. Chẳng mấy chốc, toàn bộ thảm bại và bị Lý Văn Trung bắt sống vô số. Riêng Phương Quốc Trân là người Đài Châu thuộc vùng Triết Đông, khởi binh đứng lên chống nhà Nguyên vào năm thứ tám niên hiệu Chí Chính, chiếm các châu huyện như Khánh Nguyên, Ôn, Đài ở vùng duyên hải. Quân Nguyên mấy lần thảo phạt nhưng không thể tiêu diệt. Lưu Cơ cũng đã từng liên lạc nhiều lần với ông ta trước đây. Đến năm thứ mười ba niên hiệu Chí Chính triều nhà Nguyên, Lưu Cơ giữ chức Hành Tỉnh Đô Sự ở Triết Đông, xuất phát từ bản tính bảo vệ cho giai cấp thống trị, ông kiến nghị: - Họ Phương cầm đầu nổi loạn, mấy lần đầu hàng lại mấy lần làm phản vô cùng hung ác và xảo quyệt, không thể tha thứ, phải bắt lấy để quy án đem chém đầu theo pháp luật. Nhưng Phương Quốc Trân đã hối lộ một nhóm quan viên của triều nhà Nguyên, nên trong cuộc họp bàn tại triều đình, họ không nghe theo kiến nghị của Lưu Cơ, mà lại kiến nghị với nhà vua cho Phương Quốc Trân đầu hàng. Chúng lại buộc tội Lưu Cơ là "ăn nói vượt quyền", "lạm quyền", rồi không dùng ông nữa. Sau khi Phương Quốc Trân được triều đình nhà Nguyên ban cho chức quan, vẫn nắm giữ binh lực trong tay không nghe theo sự điều khiển của triều đình, lại lợi dụng danh nghĩa quan chức, tha hồ vơ vét tài sản của lương dân, cướp đoạt quốc khố, để củng cố thêm lực lượng của mình, mở rộng địa bàn chiếm đóng. Phương Quốc Trân mặc dù từng có "duyên nợ" với Lưu Cơ như vậy, nhưng nói cho cùng, Phương Quốc Trân vẫn là người giỏi xem gió trở cờ, lại luôn ngưỡng mộ người có tài năng. Cho nên đối với Lưu Cơ vẫn một mực kính trọng không nhớ thù xưa. Mẫu thân của Lưu Cơ chết, Phương Quốc Trần phái người tới đưa thơ chia buồn. Giờ đây, Lưu Cơ cho rằng kẻ thù chủ yếu của Chu Nguyên Chương chỉ là Trần Hữu Lượng, Trương Sĩ Thành, còn đối với thế lực dù không phải nhỏ như Phương Quốc Trân, tạm thời có thể lợi dụng mà không dùng phương pháp cũ "bắt để chém đầu” nữa. Do vậy, Lưu Cơ bèn viết một phong thơ dài nói rõ cho Phương Quốc Trân hiểu về uy đức và thế lực quân sự hiện nay của Chu Nguyên Chương, hy vọng ông ta nên tìm hiểu thời cuộc để xây dựng sự nghiệp lớn. Lưu Cơ cũng viết cho Chu Nguyên Chương một phong thư, nói rõ ý nghĩa lợi dụng Phương Quốc Trân và xin Chu Nguyên Chương phái người đi chiêu dụ Phương Quốc Trân. Sau khi Phương Quốc Trân nhận được thư của Lưu Cơ, bèn nói với người em: - Hiện nay vận nước của triều nhà Nguyên sắp chết, quần hùng đang nổi dậy khắp nơi. Nhưng chỉ có quân đội của Chu Nguyên Chương là kỷ luật nghiêm minh, không ai đánh thắng nổi. Giờ đây ông ta lại tiến quân xuống Vụ Châu ở phía Đông, e rằng khó tranh phong được cùng ông ta. Phương chi, những thế lực thù địch của ông ta chỉ có Trương Sĩ Thành ở phía Đông và Trương Hữu Lượng ở phía Nam. Vậy chi bằng ta nên theo lời khuyên của Lưu Cơ, tạm thời dựa vào họ Chu, xem đó là một thế lực giúp đỡ ta, để ta ngồi yên chờ diễn biến. Vừa lúc đó, lại có sứ giả của Chu Nguyên Chương phái tới để chiêu dụ Phương Quốc Trân. Phương được mọi người chung quanh khuyên nhủ, nên quyết định đầu hàng Chu Nguyên Chương, bằng lòng hợp lực để tấn công Trương Sĩ Thành. Phương Quốc Trân còn hiến cho Chu Nguyên Chương năm chục cân vàng, một trăm cân bạc, và nhiều vải vóc. Từ việc chiêu hàng Phương Quốc Trân thành công, có thể nhận ra tư tưởng quân sự, chính trị cửa Lưu Cơ là linh hoạt, sâu sắc, cũng hết sức thực dụng. Chính tư tưởng này đã giúp cho Chu Nguyên Chương bình định được quân Hán của Trần Hữu Lượng, quân Ngô của Trương Sĩ Thành, và tiêu diệt một số thế lực chống đối khác.