分别之际，刘方见其病危，难以痊愈，一时流泪不已，被人称为良将。隋军进至都隆岭，遇俚人2000据险抵抗，刘方派营主宋纂、何光、严愿等击破之。隋军继续前进，逼近李佛子大营时，刘方先派人向李佛子陈述利害，李佛子恐惧，被迫投降，被执送长安。一些桀黠之徒，刘方恐将来反乱，皆斩之。此役，刘方恩威并施，使士卒在人地生疏的恶劣环境下，纪律严明，团结致胜。

隋文帝晚年，群臣说林邑(即占城，今越南中南部)多奇宝。时天下无事，刘方新平交趾，于是在大业元年(605年)，隋炀帝委任刘方为罐州道行军总管，以尚书右丞李纲为司马，经略林邑。正月，刘方派钦州刺史宁长真等率步、骑兵万余出越棠(今越南宜春至海万霎间)，自率主力以舟师出比景(今越南南部)。当月，军至海口(林邑入海处)。

林邑王梵志派兵据险抵抗，被刘方军击退。三月，刘方军至阇黎江，林邑军据南岸立栅，刘方盛陈旗帜，击鼓而进，林邑军惧而溃逃。刘方随即指挥部队南渡阇黎江，行三十里，林邑军乘巨象由四面合围。刘方出战不利，便挖掘了许多小坑，坑上用草皮伪装，然后派兵挑战。林邑军不知是计，见刘方军败退，便穷追不舍，象多跌入陷坑，部队阵脚大乱。

刘方派兵用弩射大象，象返走逃窜，林邑军溃乱不可收拾，被俘万人。于是刘方率军反击，济区粟，度六里，战斗多次，全取得胜利。隋军进至大缘江，林邑军据险为栅，又被刘方击破。刘方一直追到马援铜柱南，攻占林邑国都。四月，林邑王梵志放弃国都逃入海岛。刘方进入国都，俘获其庙主18人，全都为该庙整修了神像，刻石纪功然后班师还朝。

由于长途跋涉，连日行军，士兵肿足，死十之四五，刘方也染疾，在途中病逝。隋军撤后林邑王又重占国土。隋炀帝闻讯后非常悲伤，下诏书说：“方肃承庙略，恭行天讨，饮冰湍迈，视险若夷。摧锋直指，出其不意，鲸鲵尽殪，巢穴咸倾，役不再劳，肃清海外。致身王事，诚绩可嘉，可赠上柱国、卢国公”(《隋书·刘方列传》)。子刘通仁嗣。