新莽天凤年间，赤眉、绿林、铜马等数十股大小农民军纷纷揭竿而起，大批豪强地主也乘势开始倒莽，顿时，海内分崩，天下大乱，而此时刘氏皇族的地位也一落千丈，经常被郡县官吏无故欺压。一日，蔡阳国釜亭候长喝醉酒后骂刘玄的父亲刘子张，刘子张一怒之下杀了亭长，十多年后，亭长的儿子杀了刘玄的弟弟刘骞，为父报仇。刘玄于是就开始就结交宾客，打算为弟弟报仇，后因宾客犯法，刘玄避开官府抓捕，从舂陵逃到平林，官府把刘玄的父亲刘子张抓走，刘玄于是诈死，派人将灵柩送回舂陵，官府便释放了刘子张，刘玄因此自己在外逃匿。
地皇三年，绿林军王常、成丹西入南郡，号为下江兵；王匡、王凤、马武及其支党朱鲔、张卬等北入南郡，号为新市兵，都自称将军。七月，王匡等进攻随州，没有攻下，平林人陈牧、廖湛又聚众一千余人，号为平林兵，以为响应。于是，刘玄就前往投奔陈牧等人，担任陈牧手下的安集掾。刘秀长兄刘縯平时不事家人居业，喜爱交结天下豪杰，听闻家中族人刘玄投奔了陈牧，就准备和南阳的诸多子弟趁乱起兵，欲图大事，而刘秀为了躲避官吏，此时正在新野的姐夫邓晨家躲避，地皇三年秋，刘秀假装到宛城卖谷，与当地人李通及其从弟李轶密谋起兵。
十月，刘演正式打出了“复高祖之业，定万世之秋”的口号，宣布起义，并派遣亲客，通知邓晨在新野起义，刘秀、李通、李轶等在宛城起义，自己则率七八千人在舂陵起义，自称“柱天都部”，并联合新市、平林等绿林军，十一月，刘秀带领宾客从宛城来到舂陵。起初刘演起兵，家中宗族都不愿意跟随，他们害怕被连坐所以纷纷逃跑，直到看见刘秀穿绛衣大冠，惊叹“谨厚者亦复为之”，才安下心来，刘祉、刘良等也追随起兵。随着刘演队伍越来越壮大，绿林军便把刘演这一支称为舂陵军，而舂陵军的主力也多为南阳的刘氏宗室和本郡的豪杰。刘縯与刘秀在南阳起事以后，刘演派遣随同自己起事的族兄刘嘉前往新市、平林军中联络，最后双方合军一处，开始了共同对王莽官军的作战行动。他们联军进击长聚，与官军作战，义军并力西进，攻克唐子乡，杀死湖阳都尉，接着全军奋力北进，又攻克棘阳。
新莽南阳的最高军政长官前队大夫甄阜见义军威胁到自己的老巢，便率军全力迎战，双方激战于小长安邓县。这一天，大雾弥漫，官军凭借有利的地形和对环境熟悉的有利条件，猛力反击，刘氏数十个同宗兄弟都死于这场剧烈的混战中，刘叔只能单马遁走，途中还救了妹妹刘伯姬，但姐姐刘元拒绝上马，以免拖累刘秀，刘叔知道天命难违，最终刘元的三个女儿被新军杀死。起义军则立刻调整部署并退守棘阳，甄阜、梁丘赐获此大胜，决心乘胜追击全歼义军，他们率10万精兵南渡黄淳水，在两河之间安营扎寨，同时拆掉架在黄淳水上的桥梁，示无还心，摆出要同义军决一死战的架势。新市、平林两军新败之后，已经对官军产生了很重的畏惧情绪，见官军仍然穷追不舍，且其军力、装备又远胜义军，因而对能否战胜敌人信心不足，他们打算脱离战场，然后迅速南逃。
刘演此时作为绿林军一军之长便找刘秀计议，刘叔说道“如果此时二支友军撤走，单凭他们刘氏宗亲统帅的舂陵军队，实在是难以战胜敌人。我们必须先设法稳住二支友军，大家同心协力共同对敌，才是万全之策。”恰在此时，王常、成丹、张昂所统帅的一支5000人的下江兵北抵宜秋，刘演决心说服这支部队参加战斗，以此增强对官军战斗的力量，如此又能稳住处于动摇中的其他两支义军。于是，刘演兄弟二人与李通一起前往下江兵驻地，刘演说：“愿见下江一贤将，议大事。”成丹、张昂共推王常。刘演对王常道”说以合从之利“。王常大悟说道：“王莽篡弑，残虐天下，百姓思汉，故豪杰并起。今刘氏复兴，即真主也。诚思出身为用，辅成大功。”刘演说：“如事成，岂敢独飨之哉！”王常被说的口服心服，五体投地，表示决心追随刘氏兄弟共创大业。
然而，当王常将与合作的意向告诉成丹、张卬二人时，他们极力反对，并主张不应该受制于刘氏兄弟。此时王常已倾心归汉，乃劝导下江军诸将：“夫民所怨者，天所去也。民所思者，天所与也。举大事者必当下顺民心，上合天意，功乃可成。今南阳诸刘举宗起兵，观其来议事者，皆有深计大虑，王公之才，与之并合，必成大功，此天所以佑吾属也。”一席话说服了下江兵诸将，他们的态度又影响了新市与平林两支队伍。三支义军决心与刘氏兄弟统帅的南阳义军团结战斗，共同反击。刘演、刘秀对此十分高兴，他们同绿林军领袖们“大飨军士，设盟约”，休息三天，同时制定了周密的作战计划。
地皇四年正月甲子，刘演将全军分为六部，借助黑夜的掩护，分进合击，义军一举夺取官军的后勤基地，尽获其辎重。第二天早晨，刘演兄弟又率兵自西南方向攻击甄阜军，下江兵则自东南方向攻击梁丘赐军，双方接战后皆拼死搏斗，激战到饭时，梁丘赐阵脚先乱，士卒开始向后溃逃；甄阜军见状，顿时也失去抵抗的勇气，纷纷逃窜，义军见敌人溃逃立刻紧追不舍，逃散的官军被逼至黄淳水边，欲渡无桥、欲战无力，被杀或溺水死亡者近两万余人，甄阜、梁丘赐也被杀死。这一战绿林军大获全胜，众军也把刘演兄弟称为项梁、项羽一般的人物。
接着绿林军乘南阳战胜之威，立刻挥师北进，兵锋直指宛城，在这里他们遇到了严尤和陈茂所指挥的官军。严尤是新莽朝廷中颇具才干的将领，他到荆州后就开始招兵买马，很快组织起一支较有战斗力的部队；绿林军在取得对南阳甄阜的胜利后，严尤、陈茂二将便率兵赶来，准备在宛城附近与之进行大决战。刘演毫不畏惧，决心全力迎敌，他陈兵誓众，焚积聚，破釜甑，鼓行而前，以必死的决心，必胜的勇气，伴着隆隆的战鼓，督率全军冲锋；绿林军在淯阳城下，与官军展开激战。
起义军士气如虹各个以一当十愈战愈勇，一战就斩首官军3000具，义军于是全军乘胜追击，将宛城团团包围。经此战，刘演自称柱天大将军，从此威名远扬，王莽知道刘演的名字与事迹后，公开悬赏：凡杀死刘演者，奖励食邑5万户，黄金10万斤，并赐上公的官位，同时还下令长安的官署及天下乡亭的门侧堂上一律画上刘演的图像，每天令士卒射之，以发泄他的仇恨。后来，王莽还命人随便抓个百姓，就说是刘演，游街示众后杀掉。
地皇四年正月，绿林军在连续取得对官军的胜利后，队伍发展到了10多万人，起义军的多数领袖们认为，为了便于对整个义军的统一领导，增强对广大百姓的号召力，在更大规模上推进对王莽政权的斗争，应该拥立一位刘氏宗室为皇帝。当时，起义军中的汉宗室基本上都是舂陵侯的后代，其中又以刘演与刘玄为代表，起义军将领们在立两者中何人为皇帝的问题上产生了严重分歧，南阳豪杰与王常等希望拥立刘演，因为在几次对官军的战斗中刘演已经展示了超人的谋略和卓越的指挥才能；但绿林军的其他将领则属意于刘玄，他们对刘演的威名有点害怕，担心一旦被立为皇帝就不易左右，而刘玄性格怯弱，立他为皇帝较易控制。
王匡、王凤、张卬等人计议已定，然后将刘演从前线召回，要他在刘玄为帝的问题上表态，刘演明白这些人要他同意既定方案，实际上要他放弃自己做皇帝的意图。他虽心有不甘，但又不便明确表示反对，于是提出暂缓确立皇帝人选的建议。刘演此一番操作得到不少将领附和，张卬看到他们议决的事有可能破产，十分恼怒，拔剑击地，声色俱厉地说：“疑事无功。今日之议，不得有二。”众人看一如此情形，也不敢提出异议了，立刘玄为帝之事就这样定了。地皇四年二月一日，刘玄在淯水之畔称帝，改元更始，是为更始帝。更始帝封族父刘良为国三老，王匡为定国上公，王凤为成国上公，朱鲔为大司马，刘演为大司徒，陈牧为大司空，其余都拜为九卿或将军，刘演升为大司徒后，又加封汉信侯。