既迁南中，胤私晤后主，请旨北伐关陇：“陛下，先帝创业艰巨，季汉江山得来何其不易，现在社稷倾危，此诚危急存亡之秋也，臣披肝沥胆，效死以节，讨贼兴复，并非为一已之私，只为无愧于刘氏之姓，将来纵使地府之下亦有颜面告慰先帝之灵。陛下，南中非栈留之所，只为权宜之地，不成久守，方今天下势变，恰是攘凶除奸兴复汉室的最好良机，此乃天赐机遇于陛下，望陛下恩准，臣别无他求，只愿一死以报陛下。”后主准奏，迁刘胤为镇北大将军、尚书事、雍州牧、都督雍凉诸军事、假节钺，以北地王谌为监军，率兵三万，北伐雍凉。
胤回师成都，在建宁太守霍弋的支撑下，力主迁都南中，痛斥谯周降魏，黄皓降吴之主张，后主准予迁都，并授胤都督之权。
胤率军东进冀州，巧取抱犊寨，出井径口，据真定，羊祜亦出乐平，取赵国，对信都刘渊构成合围之势。胤决漳水灌信都城，渊大败，只得向慕容鲜卑求援。慕容鲜卑觎觑中原久矣，派兵七万南下，至漳水，遭伏，全军尽墨，渊亦死于易水，胡乱悉平。
季汉迁都于洛阳，后主病危，姜维等欲扶新兴王恂继位，兵谏开阳门，企图逼宫，事败，维他杀，钟会亦死，后主崩，北地王谌继位，是为康帝，改元兴国，大赦天下。封胤为雍王，加太子太保，大司马、兼录尚书事，都督天下诸军事。
十年秋，晋罢羊祜，以司马骏为都督，文鸯、马隆为副，攻信都，汉晋战于冀州，安国之战，重创司马骏。十一年春，战线重心移至并州，为争并州，两边皆是重兵西进，胤弃上党，诱文鸯攻平阳，败之，鸯退守壶关，自刎而死。汉军东进，战于羊肠坂，活捉司马骏。
季汉·陈寿著
魏晋王司马昭遣骠骑将军司马望为雍凉都督，扼守长安，以防备汉军东侵。司马望到任以后，筹调兵马十万，于三年春向陇右进军。当时杨欣叛于金城，羌人乱于西平，汉军在陇右腹背受敌，濒于危殆。胤兵分两路，令傅佥屯兵街亭，以拒司马望，己亲率主力，西渡黄河，斩叛将杨欣于金城，与羌人盟。
姜维腹背受敌，力不能支，乃弃剑阁，退守阆中。钟会挥师入剑阁关，与吴人相争于涪城。
胤挥师南渡黄河，攻破洛阳，司马炎自焚而死，晋亡。时炎兴十一年冬腊月月朔。
时雍王丁忧丁忧，诏令夺情起复，督天下兵马伐吴。六年春，雍王率三万轻骑转战交州，取郁林，得苍梧，斩交州牧陶潢，破叛军郭马，安定交广二州，挥师北进，取衡阳长沙。秋七月，汉军七路齐出，前将军黄崇攻徐中，后将军蒋斌攻寿春，左将军牵弘攻弋阳，右将军王颀攻武昌，骠骑将军傅佥攻江陵，益州史王濬率巴蜀海军浮江而下，东西凡二十八万雄师。
后主不听，遂乞援东吴。吴主乃派镇军将军西陵督陆抗入蜀。陆抗者，陆逊之子也，明净忠勤，少有胆略，至永安，袭之，夺永安，占江州，巴东之地尽落吴国之手，汉廷俱震。后主乃遣诸葛瞻领军讨之，刘胤、阎宇为副。即战，右将军阎宇临阵而叛，诸葛瞻愤死青阳浦。胤巧做周旋，拒敌于郪县，斩叛将阎宇。陆抗无隙可乘，转攻涪城。