Chu Văn Uyển tham gia nghĩa quân Tây Sơn, ban đầu ông giữ chức Đô ty sau thăng dần đến chức Đô đốc, ngoài ra Chu Văn Uyển còn giữ chức Tuần kiểm Bắc Thành. Chức Tuần kiểm là một chức vụ có nhiệm vụ kiểm tra, thanh sát trông quân đội.[cần dẫn nguồn]

Chu Văn Uyển tham gia vào các trận đánh bình đình Bắc Hà dưới quyền Tiết chế Vũ Văn Nhậm và Tư mã Ngô Văn Sở. Ông cũng tham gia trận Ngọc Hồi-Đống Đa, đánh thắng quân Thanh[cần dẫn nguồn]. Sau đó cùng với các tướng Vũ Văn Dũng, Nguyễn Văn Tuyết, dưới quyền Trấn thủ Bắc Thành Phan Văn Lân đánh dẹp dư đảng nhà Hậu Lê. Đáng kể là các chiến dịch đánh lại Hoàng Văn Đồng, Nông Văn Tấn và Lê Duy Chi. Thời gian này ông giữ chức Trấn thủ (Đốc trấn) Cao Bằng với tên là Chu Văn Uyển theo nghiên cứu Quân Thanh vào Thăng Long của Lê Duy Chính[cần dẫn nguồn].

Chu Văn Uyển có tham gia vào phái đoàn đi sứ nhà Thanh.[cần dẫn nguồn]