Po utworzeniu Chińskiej Republiki Ludowej w 1949 Liu zajął się sprawami gospodarczymi. Był zwolennikiem centralnego planowania i rozwijania przemysłu ciężkiego ma modłę radziecką. W latach 1954–1959 był przewodniczącym Stałego Komitetu OZPL. Sceptycznie odnosił się do wielkiego skoku naprzód i przez to stał się przeciwnikiem Mao.

Od 27 kwietnia 1959 do 31 października 1968 pełnił funkcję przewodniczącego ChRL. Od 1962 był postrzegany przez Mao Zedonga jako chiński Nikita Chruszczow, mogący zagrozić kultowi jego osoby.

Po rozpoczęciu w 1966 rewolucji kulturalnej wraz z Deng Xiaopingiem został uznany za reprezentanta „linii burżuazyjnej”, wkrótce nasiliły się ataki personalne na niego. W 1968 Liu został potępiony, zmuszony do samokrytyki i usunięty ze wszystkich stanowisk i partii. Aresztowany i zamknięty w areszcie domowym wkrótce zniknął.

Dopiero po zakończeniu rewolucji kulturalnej i śmierci Mao w 1976 poznano jego losy. W 1969 zmarł w więzieniu w Kaifengu. Doprowadziły do tego złe warunki życia oraz nieleczona cukrzyca i zapalenie płuc.

Rehabilitacja i upamiętnienie W lutym 1980, po objęciu władzy przez Deng Xiaopinga, został pośmiertnie zrehabilitowany.