Sau khi Lưu Uyên qua đời năm 310, Lưu Thông đã lật đổ huynh trưởng Lưu Hòa sau khi Lưu Hòa muốn giết chết các đệ đệ của mình, Lưu Thông lên ngôi và trở thành Chiêu Vũ Đế. Ông rất tin tưởng vào Lưu Diệu và cho ông giữ một số binh lính lớn, Lưu Diệu phụng sự cho người anh em họ một cách trung thành.

Năm 311, Lưu Diệu cùng với Vương Di, Thạch Lặc, và Hô Diên Yến (呼延晏) đã chiếm Lạc Dương và bắt được Tấn Hoài Đế. Ông lấy chị dâu của Hoài Đế, vợ của Huệ Đế, tức Hoàng hậu Dương Hiến Dung (羊獻容).

Cuối năm đó, sau khi con trai của Lưu Thông là Lưu Xán chiếm Trường An, Lưu Diệu được giao phụ trách cai quản vùng Trường An, mặc dù vậy, sau đó ông đã để mất thành vào tay quân Tấn do Khúc Doãn (麴允) chỉ huy, cho phép Tư Mã Nghiệp (cháu trai của Hoài Đế) chiếm thành và sau đó xưng làm hoàng đế (Tấn Mẫn Đế) vào năm 313 sau khi Lưu Thông giết chết Hoài Đế. Năm 312, khi đang giao chiến cùng với Lưu Xán chống lại thứ sử Tịnh Châu (并州, nay là trung bộ và bắc bộ Sơn Tây) là Lưu Côn (劉琨) và đồng minh là Đại công Thác Bạt Y Lô (拓跋猗盧), Lưu Diệu bị trọng thương và đã bị quân Tấn bắt và súy bị giết, song đã có thể trốn thoát sau đó.

Trong những năm tiếp theo, Lưu Diệu vẫn tiếp tục chiến đấu song phần lớn không thể đạt được mục đích cuối cùng trước quân Tấn, cả quân dưới sự chỉ huy của Mẫn Đế và Nam Dương vương Tư Mã Bảo (司馬保). Tuy nhiên, năm 316, sau khi quân của Mẫn Đế sụp đổ và Tư Mã Bảo không đến viện trợ, Lưu Diệu đã chiếm Trường An và bắt Mẫn Đế (bị Lưu Thông giết vào năm 318). Nhờ công trạng này, Lưu Diệu được Lưu Thông phong làm Tần vương.

Sau đó, hoàng đế ngày càng trở nên tàn ác và ngông cuồng, cùng với đó, hoàng đế ngày cảng tin tưởng lũ hoạn quan và ngoại thích Cận Chuẩn. Năm 318, Lưu Thông lâm bệnh, ông triệu Lưu Diệu và Thạch Lặc hồi kinh làm nhiếp chính cho Thái tử Lưu Xán, song cả Lưu Diệu và Thạch Lặc đều từ chối, có lẽ là họ không muốn tranh chấp quyền lực với Cận Chuẩn, là ngoại thích đầy âm mưu, có con gái kết hôn với cả Lưu Thông và Lưu Xán. Sau đó, khi Lưu Thông qua đời và Lưu Xán kế vị ngai vàng, Cận Chuẩn đã lật đổ Lưu Xán và giết hại toàn bộ thành viên hoàng tộc sống ở kinh thành Bình Dương (平陽, nay thuộc Lâm Phần, Sơn Tây). Trong cuộc thảm sát này, mẹ, anh em cùng các con trai đã bị giết hại.

Khi hay tin về chính biến của Cận Chuẩn, Lưu Diệu và Thạch Lặc dẫn quân của mình đến đánh Cận, khiến người này bị mắc kẹt giữa hai đội quân. Trong khi đó, các thân vương và lão thần Hán Triệu đã chạy thoát khỏi cuộc thám sát tại Bình Dương đã tôn Lưu Diệu làm hoàng đế. Lưu Diệu hứa sẽ không những tha mạng cho Cận Chuẩn mà còn sẽ tiếp tục trao quyền cho Cận nếu Cận đầu hàng. Tuy nhiên, Cận Chuẩn sau đó đã bị ám sát và khi người kế thừa Cận Minh (靳明) đầu hàng Lưu Diệu, Lưu Diệu đã cho thảm sát gia tộc họ Cận. Bình Dương lúc này chỉ còn là đống đổ nát sau chính biến và các cuộc chiến sau đó, Lưu Diệu do vậy quyết định dời đô đến Trường An.