刘备再次盛情相邀，诸葛亮也写信对刘巴苦言相劝，走投无路的刘巴只好谢罪归附，被刘备任命为左将军西曹掾(刘备此时的主要官职是左将军，西曹掾主管府内官吏的任用)。诸葛亮对此也十分高兴，因为自从刘巴上任以后，诸葛亮的工作负担减轻了很多。刘备称汉中王后，以刘巴为尚书;法正去世后，又将刘巴晋升为尚书令，负责处理日常政务。

　　由于刘巴总是不搭理张飞，张飞为此很愤懑，两人关系一直很紧张，诸葛亮曾劝刘巴对这位皇弟客气些，但刘巴也不买账。很重桃园结义之情的刘备对刘巴的这一点很反感，他对诸葛亮说：“刘巴这个人才智超人，如果无人替代，那么就用他，如果有人替代，那么就不必用他了。”

　　诸葛亮回答：“运筹策于帷幄之中，吾不如子彻远矣。”(见《三国志·蜀书·刘巴传》裴松之注)刘备闻毕才打消了放弃刘巴的念头。

　　关于刘巴冷落张飞这件事，东吴智囊之首张昭也站在刘备一边，认为刘巴这个人太过分。但吴主孙权却另有一番自己的看法，他说：“如果让刘巴随波逐流，取悦于刘备，他又怎能称得上是高士呢?”

　　刘巴为人节俭，不愿与人交往，只重公事。刘备登基时，所有文诰策命都出自刘巴之笔。刘继兴考证，其时有诸葛亮、法正、刘巴、李严、伊籍“共造蜀科”之说：蜀科之制，由此五人所制。可见刘巴的能耐确实很大。

　　刘巴最牛的贡献是在归附刘备后不久。史载，在刘备攻取益州之后，国库空空，刘备十分忧心。刘巴说：“小事一桩，三个动作搞定：一、铸值百钱的铜板通行;二、统一全国物价;三、实行公卖制度。”(巴曰：“易耳，但当铸直百钱，平诸物贾，令吏为官巿。”)刘备从之，数月之间，府库充实。

　　刘备称帝的第二年，即蜀章武二年(公元222年)，刘巴病逝，时年只有三十九岁，可谓天妒英才，壮岁早逝。