义宁元年，李渊密谋起兵反隋，于是以讨伐据马邑造反的刘武周为名，命刘弘基与李世民、刘文静、长孙顺德等到各地募兵，十天之内便募集兵士近万人。他将这些兵士交由刘弘基、长孙顺德统领。这引起了太原副留守王威、高君雅的怀疑。王、高二人于是密谋在晋祠除掉李渊。但李渊却抢先下手，命刘弘基与长孙顺德埋伏在官厅之后，以王威、高君雅谋反为由，将二人擒杀。他正式举兵，自称大将军，建大将军府，署置府僚，以刘弘基为左统军。
李渊随后大举向关中进军。刘弘基隶于李世民麾下，随其攻取西河郡，围攻霍邑。他在霍邑之战中随李世民大破隋军，并斩杀隋将宋老生，以功获授右光禄大夫。当时，关中一带的农民军首领孙华归附李渊。李渊便让刘弘基与孙华、统军王长谐等引兵渡河，占领黄河西岸。他随后又以刘弘基为渭北道大使，让他随李世民沿渭北向长安挺近。
刘弘基率兵西进，占据扶风，增兵至六万，然后南渡渭水，屯兵于长安旧城，在金光门外炫耀军威，并击败隋将卫文升。当时，唐军各路兵马尚未到达，刘弘基却已首战告捷。李渊大喜，赏赐战马二十匹。不久，刘弘基随军平定长安，在诸将之中“功为第一”。
李渊占据长安后不久，西秦霸王薛举抢占扶风。刘弘基随李世民击败薛举，一直追赶到陇山，因功累迁至右领都督，封河间郡公。他后来又随李世民攻打洛阳，在璎珞门外击破隋军，并在班师时率军殿后，在三王陵击败隋将段达、张志。
武德元年，李渊称帝，建立唐朝，史称唐高祖。刘弘基被任命为右骁卫大将军，兼任行军左一总管，免死罪一次，并随李世民征讨薛举。当时，李世民因病留在高墌城，唐军由刘文静指挥。唐军在浅水原与秦军交战不利，八位总管尽皆兵败，刘弘基力尽被俘。同年十一月，西秦灭亡。刘弘基方得获释，并恢复官爵。
武德二年，刘武周部将宋金刚攻陷太原，刘弘基奉命屯兵晋州。这时，宋金刚又击败裴寂，并趁唐军慌乱，进围晋州。刘弘基再次被敌军俘虏，不久又逃回长安，被授为左一总管。不久，刘弘基随李世民驻军柏壁城，并兵出隰州，直逼西河，截断敌军退路。当时，刘弘基坚壁高垒，拒不出战，迫使宋金刚引军退去。他却率骑兵追击，在介休城外与李世民会军，大败宋金刚，因功进封任国公。
武德五年，刘弘基又随李世民平定刘黑闼，授秉钺将军。
武德七年八月，突厥入侵，刘弘基率步骑一万出镇豳州。他与淮安王李神通在东起子午岭西至临泾一线修建防御设施，从此屯驻边疆。
贞观元年，义安王李孝常与监门将军长孙安业等人因密谋反叛被处死。刘弘基因与李孝常有交往，也遭到牵连，被免官除名，直到一年多后才被重新起复，出任易州刺史，恢复封爵，还被征拜为卫尉卿。
贞观九年，刘弘基改封夔国公，并世袭朗州刺史。后来，刘弘基以年老为由，请求致仕，进授辅国大将军，俸禄及赏赐一如在职人员，每月只有初一、十五才上朝。
贞观十七年，唐太宗将二十四位功臣的画像挂在凌烟阁，刘弘基位列第十一。
贞观十九年，唐太宗亲征辽东，再次起用刘弘基，任命他为前军大总管。刘弘基在驻跸山作战有功，受到唐太宗的嘉奖。
永徽元年，唐高宗将刘弘基的食邑加封至一千一百户。同年，刘弘基病逝，终年六十九岁。唐高宗废朝三日，追赠他为开府仪同三司、并州都督，赐谥为襄，并将他陪葬昭陵。
李世民：司徒赵国公无忌、……辅国大将军夔国公弘基、……故徐州都督胡壮公秦叔宝等：或材推栋梁，谋猷经远，纲纪帷帐，经纶霸图；或学综经籍，德范光炜，隐犯同致，忠谠日闻；或竭力义旗，委质藩邸，一心表节，百战标奇；或受命庙堂，辟土方面，重氛载朗，王略遐宣。并契阔屯夷。劬劳师旅，赞景业於草昧，翼淳化於隆平。
吕温：夔公峥嵘，金虎之精。应时而生，与运俱行。总帝元戎，震唐天声。瞪目张胆，前无金城。别建龙节，中分虎旅。启行万里，乘气一鼓。剑挥雷霆，旆卷风雨。先驰咸阳，镇定天府。天府既定，唐集大命。入扬王庭，出权兵柄。薄伐猃狁，朔风不竞。徂征岛夷，东海如镜。义始忠卒，元勋之盛。
刘昫：唐俭委质义旗之下，立功草昧之初，被拘虏庭，脱高祖蒲州之急；侍猎苑囿，谏太宗马上之言，可谓纯臣矣。顺德佐命立功，理郡着明肃之政；弘基临难不屈，陷阵多克捷之勋。殷峤、刘政会、柴嗣昌并在太原，首预举义，从微至着，善始令终。马三宝出厮养之徒，处将军之位，亦马之善走者也。武士彟首参起义，例封功臣，无戡难之劳，有因人之迹，载窥他传，过为褒词。虑当武后之朝，佞出敬宗之笔，凡涉虚美，削而不书。
归有光：唐太宗举兵晋阳，平隋之乱，则有刘弘基、李积、李靖、房玄龄、杜如晦之流致其勋。
刘弘基病重时，给几个儿子每人奴婢十五人，田地五顷，道：“诸子如果有本事，本来就不需要多少财物；如果没本事，有这些田产就可以免于冻饿。”并把其他家产都散施给亲朋乡里。
总章元年，刘弘基等三十六位太原元从、西府旧臣被唐高宗评为第一等功臣。
神龙元年，唐中宗追封前代功臣二十五家，刘弘基也在其中，“所食实封，并依旧给”。
大历十四年，唐代宗评定前代功臣，刘弘基与李孝恭、尉迟敬德等人同列第二等二十四人之内。
建中元年，刘弘基与裴寂、刘文静等三十四人被定为功臣上等。
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