民國22年(1933)劉大悲回國,在擔任國民政府行政院實業部技正期間,主持起草了《中國森林法》。民國25年任實業部廣州商品檢驗局局長。民國26年任復旦大學教授,後任貴州省農業改進所森林系主任。民國28至34年任西南墾殖公司董事長兼經理,在貴州南鎮縣境組織開荒4500畝,植桐、茶、樟等樹100萬餘株。民國35年任湖北全水農場場長。民國37年任農林部河北墾業農場場長。民國38年元月去台灣,先後任士林園藝試驗所技正、羅東山林管理分所所長,5年間造林2800餘公頃,植樟樹250餘萬株。後又任花蓮山林管理所所長,台北農業改良場場長,1967年退休。
1983年8月24日,劉大悲赴紐西蘭奧克蘭市途中改飛香港,26日進入廣州,27日到達昆明,9月3日由家人接至成都。後任成都市政府參事室參事。1984年4月逝世。