唐贞观元年(公元627年),梁师都还占据朔方(今陕西靖边白城子),刘兰向太宗上书说攻取的计划,太宗任命他为夏州都督府司马。当时梁师都率领突厥军队兵临城下,刘兰偃旗息鼓,敌人怀疑不敢进攻,夜里就撤退了。刘兰追击打败了他们,于是进军夏州。
        十一年(公元637年),刘兰为夏州都督长史。当时突厥内部叛离,有郁射设阿史那摸末带领他的部落进入居住在黄河南边。刘兰施反间计来分裂他们的部落,颉利果然怀疑摸末,摸末害怕前来归降,颉利又派兵追赶,刘兰率领军队迎战,打败了他们。