刘兰为人狡猾多谋。贞观初年,盘踞朔方(今陕西靖边东北)的梁师都尚未平定,刘兰上书陈述平定办法。唐太宗任命他担任夏州都督府司马。梁师都联合突厥南下进攻,屯军夏州城下,刘兰偃旗息鼓,敌人怀疑城里有埋伏,不敢逼近,晚上率兵撤退,刘兰追击,大败敌人,平定梁师都。贞观十一年(637)又担任夏州都督长史。当时突厥心怀贰心,想南下骚乱,突厥大将郁射设、阿史那摸末率部屯军河南(今甘肃省西南黄河以南一带),刘兰用反问计进行离间,颉利可汗果然怀疑他们,摸末害怕了,率部来投降。颉利可汗率兵追击,遭到刘兰阻击,打退了突厥的进攻。刘兰也因功封为平原郡公。(《新唐书·刘兰传》)