刘洎被拜为散骑常侍，后升任侍中，升任宰相
贞观十七年（643年），刘洎被拜为散骑常侍，加银青光禄大夫，又加上护军。四月，太子李承乾被废，刘洎与岑文本支持魏王李泰，而
长孙无忌则支持晋王
李治。唐太宗最终立李治为皇太子。五月，刘洎进言道：“太子应当勤学好问，亲善师友。如今太子入侍宫闱，动辄十天半月，东宫辅臣很少能与太子应对答问。希望陛下能抑制对子孙的关爱，遵照规制，则是天下之幸。”唐太宗于是让刘洎与岑文本、褚遂良、马周等人轮流前往东宫，与太子谈论政事。
贞观十八年（644年），刘洎升任侍中。当时，唐太宗要求大臣指出自己的过失。长孙无忌、李勣、杨师道等人都称：“陛下没有过失。”而刘洎则道：“近来有人上书不合陛下之意的，陛下都当面百般责备，上书者无不惭愧而退，这样做恐怕不能广开言路。”唐太宗道：“你说的很对，朕一定会改。”
贞观十九年（645年），唐太宗亲征高句丽，命太子李治在定州监国。刘洎被任命为检校民部尚书，兼任太子左庶子，与高士廉、马周一同辅佐太子。唐太宗临行前，嘱咐道：“我如今带兵远征，让你辅佐太子，国家的安危都寄托在你身上了。”刘洎答道：“陛下不必忧虑，大臣有罪，我当立即予以诛罚。”唐太宗认为他狂言妄语，告诫道：“君不密则失臣，臣不密则失身。你性情疏阔刚直，必会因此而遭祸，应当慎重行事。”
刘洎遭馋冤死，被褚遂良诬陷，在唐太宗面前诬奏，刘洎被唐太宗赐死
同年十二月（646年1月），唐太宗班师，返回定州，在途中患病，刘洎与中书令马周前去探视。褚遂良传问太宗起居时，刘洎哭着道：“圣体患有痈疽，令人忧惧。”褚遂良却向唐太宗诬奏道：“刘洎曾说：‘朝延大事不足忧虑，只要依循
伊尹、
霍光的故事，辅佐年幼的太子，诛杀有二心的大臣，便可以了。’”
不久，唐太宗病愈，并向刘洎询问此事。刘洎据实回答，而马周也为他作证，但褚遂良却坚持自己的说法。唐太宗遂赐死刘洎，让他自尽。刘洎临死时，欲要留下奏言，宪司却不肯给予纸笔。唐太宗得知后，将相关官吏尽皆下狱。
显庆元年刘洎之子刘弘业上疏皇帝为父亲伸冤，被唐高宗压下，直到武则天临朝称制刘洎冤案这才得以平反
显庆元年（656年），刘洎之子刘弘业上疏皇帝，为父亲伸冤，称其是被褚遂良诬陷。唐高宗询问近臣意见，给事中乐彦玮道：“如果洗雪刘洎的罪责，岂不是在说先帝滥用刑罚。”唐高宗遂将此议压下，不再提及。文明元年（684年），武则天临朝称制，下诏恢复刘洎官爵，刘洎冤案这才得以平反。
