光緒九年(1883年)，法軍占領越北南定省，企圖進犯廣西。劉永福率兵三千在河內城西紙橋一帶同法軍激戰，黑旗軍大勝，斃法軍司令李維業以下數百人。越南國王封劉永福一等義勇男爵，任三宣提督。同治十年，法國侵略軍五千餘人大舉進攻越南，占領紅河三角洲，後又進攻台灣基隆港。清廷被迫向法國宣戰，授予劉永福記名提督的官銜。劉永福率黑旗軍同清軍聯合向法軍進攻，包圍宣光，至次年三月伏擊法國援軍，接著又在臨洮大敗法軍，收復廣威。與此同時，老將馮子材也在鎮南關(今友誼關)重創法軍，從根本上扭轉了戰爭形勢，迫使挑起戰爭的法國費理內閣倒台。就在中國軍隊打了勝仗時，清廷卻下令停戰，同法國簽訂條約，承認越南為法國的保護國。十一年冬，劉永福率黑旗軍將士3000人回國，清廷下令裁減，只剩下1200人，次年又逐漸裁減至300人。
同治二十年，甲午戰爭爆發。劉永福奉命率黑旗軍兩個營赴台灣，幫辦台灣防務。二十一年，清廷同日本簽訂喪權辱國的《馬關條約》，割讓台灣。五月，日軍進攻台北，署理巡撫唐景崧逃回大陸。劉永福率黑旗軍留在台灣領導抗日。他駐守台南，與台灣抗日義勇軍合作，在新竹、苗栗、彰化、嘉義等地，重創日軍。他在台灣同日軍血戰近五個月，拒絕日軍勸降。但因清廷斷絕援台，義軍逐步退至台南，劉永福的部下大都戰死。九月，台南失陷。劉永福潛回大陸，從璋州到廣州，一路上受到當地官民的熱情迎送。
同治二十八年，劉永福任廣東賜石鎮總兵。辛亥革命後，曾被推為廣東民團總長。不久告老還鄉。1915年，日本向袁世凱提出滅亡中國的二十一條，將近 80歲的劉永福義憤填膺，要求重上戰場。 1917 年1月，病卒。
