很快，中法战争就爆发了。公元1885年，法军进攻广西镇南关（今友谊关），清军将领潘鼎新贪生怕死，不战而逃，镇南关被法军占领。法军还在镇南关的城墙上写了一行字：“广西的门户，已经不存在了！”消息传到北京，光绪皇帝气得发抖，赶紧任命冯子材为广西关外军务帮办，让他率领清军收复镇南关，同时下令让刘永福率领黑旗军配合冯子材作战。
刘永福接到命令后，立刻率领黑旗军赶往镇南关。冯子材见刘永福来了，特别高兴，他知道刘永福打仗勇猛，就跟刘永福商量：“刘将军，法军装备精良，咱们得联手才能打败他们。我负责正面防守，你率领黑旗军从侧面袭击法军，怎么样？”刘永福一口答应：“冯大人放心，我保证把法军的侧面搅得天翻地覆！”
战斗打响后，法军集中兵力攻打镇南关的正面防线，冯子材率领清军拼死抵抗，双方打得难解难分。就在这时候，刘永福率领黑旗军，从法军的侧面发起了猛攻。黑旗军的士兵们像猛虎下山一样，冲进法军阵中，砍死砍伤了很多法军士兵。法军没想到会遭到侧面袭击，一下子就乱了阵脚。冯子材见机，率领清军从正面发起反攻，法军腹背受敌，只能狼狈逃窜。
这一战，清军和黑旗军打死法军一千多人，缴获了大量的武器装备，成功收复了镇南关。这就是历史上着名的“镇南关大捷”——这一战，不仅沉重打击了法国侵略者的嚣张气焰，还导致法国国内的内阁倒台。《清史稿·冯子材传》里记载：“永福率黑旗军助战，大败法军，复镇南关，斩馘甚众。”刘永福在这一战中，再次立下了赫赫战功。
镇南关大捷后，中法战争以清朝“不败而败”告终——清廷跟法国签订了不平等条约，承认法国对越南的占领。刘永福心里特别憋屈，他跟兄弟们说：“咱们拼死拼活打胜仗，清廷却跟法国人求和，这叫什么事！”可他没办法，只能服从清廷的命令，率领黑旗军回到广东。
本以为能安稳几年，可没想到，更大的危机又来了。公元1894年，甲午中日战争爆发，清军节节败退，北洋水师全军覆没。公元1895年，清廷跟日本签订了《马关条约》，把台湾和澎湖列岛割让给日本。消息传到台湾，台湾的老百姓愤怒不已，他们纷纷表示：“我们宁死也不做亡国奴！”台湾的官员也联名向清廷上书，请求清廷收回成命，可清廷根本不理会。
就在台湾老百姓绝望的时候，有人想到了刘永福——他们知道刘永福是抗法英雄，肯定愿意来台湾抗日。台湾的官员赶紧派人去广东，请求刘永福来台湾主持抗日大局。刘永福当时已经五十八岁了，头发都白了，可他听到台湾老百姓的请求后，还是毫不犹豫地答应了：“台湾是中国的土地，我不能看着台湾被日本人占领！就算清廷不管，我也要带着兄弟们去台湾，跟日本人拼到底！”
公元1895年五月，刘永福率领黑旗军，乘坐战船来到台湾。台湾的老百姓见刘永福来了，都高兴得不得了，纷纷带着粮食和武器来投奔他，有的甚至把自己的儿子送到黑旗军里当兵。刘永福在台湾成立了“台湾民主国”，自任“大总统”（其实是为了团结台湾的抗日力量，并不是真的想独立），还发表了《抗日檄文》，说：“台湾者，中国之台湾也，我辈台湾军民，誓与台湾共存亡，绝不屈服于日本！”（《台湾通史·刘永福传》）
很快，日军就开始进攻台湾。日军的兵力有三万多人，装备精良，还有军舰和大炮；而刘永福的黑旗军加上台湾的义军，只有一万多人，武器也很落后，很多士兵手里只有大刀和土枪。可刘永福一点都不怕，他跟士兵们说：“日本人有洋枪洋炮，咱们有不怕死的精神！只要咱们团结一心，就一定能打败日本人！”
战斗打响后，刘永福率领黑旗军，在台湾的彰化、嘉义等地跟日军展开了激烈的战斗。在彰化之战中，黑旗军的将领吴汤兴、徐骧等壮烈牺牲，黑旗军伤亡惨重，可刘永福还是坚持指挥战斗，直到把日军赶出彰化。在嘉义之战中，刘永福想出了一个“地雷战”的计策——他让士兵们在嘉义城外的道路上埋满地雷，然后引诱日军进入地雷区。日军不知道有地雷，纷纷踩中地雷，被炸得死伤无数。
可日军的兵力实在太多了，再加上清廷不给台湾抗日军民任何支援，黑旗军的粮食和弹药越来越少。有次，士兵们已经三天没吃饭了，只能靠挖野菜充饥。刘永福看着士兵们饿得面黄肌瘦，心里特别难受，他把自己的战马杀了，分给士兵们吃，说：“兄弟们，委屈你们了！只要我刘永福还有一口气，就不会让你们饿着！”
即便如此，刘永福也没有放弃。他派人去大陆，请求清廷支援粮食和弹药，可清廷不仅不支援，还下令禁止大陆的老百姓给台湾抗日军民提供帮助。刘永福知道，台湾的抗日大业，已经成了“孤军奋战”。公元1895年十月，日军进攻台湾的台南，这是台湾抗日军民的最后一道防线。刘永福率领黑旗军，在台南城外的曾文溪跟日军展开了最后的战斗。
战斗打得特别惨烈，黑旗军的士兵们一个个倒下，可没有一个人后退。刘永福亲自提着大刀，冲在最前面，砍死了几个日军士兵，可他自己也受了伤。就在这时候，有人来报：“刘将军，台南城里的粮食和弹药都用完了，日军已经从四面八方围过来了！”刘永福知道，大势已去，他看着身边剩下的几十个兄弟，叹了口气说：“兄弟们，是我对不起你们，没能保住台湾！”
当天晚上，刘永福趁着夜色，乘坐一艘小船，从台南的安平港逃离了台湾，回到了大陆。他站在船上，看着渐渐远去的台湾，忍不住哭了起来——他知道，这一离开，可能就再也回不来了。
回到大陆后，刘永福的日子并不好过。清廷因为他“擅自”去台湾抗日，对他很不满，不仅剥夺了他的官职，还不给他人任何补贴。刘永福只能靠兄弟们的接济，在广东钦州老家过日子。可他并没有消沉，每天还是坚持练功，有时候还会给村里的年轻人讲他抗法、抗日的故事，希望能让年轻人记住这段历史，不要忘记国家的耻辱。
公元1900年，八国联军侵华，北京被八国联军占领，慈禧太后和光绪皇帝逃往西安。刘永福听到消息后，气得拍桌子：“清廷无能，让外国人欺负到家门口了！我虽然老了，但还能打仗，我要去北京，跟八国联军拼到底！”他想召集以前的黑旗军兄弟，可兄弟们大多已经战死或老去，根本召集不起来。刘永福只能眼睁睁地看着八国联军在京城烧杀抢掠，心里充满了悲愤。
公元1911年，辛亥革命爆发，清朝灭亡。孙文在南京成立了中华民国临时政府，他知道刘永福是民族英雄，就派人去钦州，邀请刘永福来南京担任“军事顾问”。刘永福当时已经七十四岁了，身体很不好，但他还是答应了他的邀请，他说：“只要能为国家出力，我就是死，也愿意！”
可刘永福的身体已经不允许他再为国家效力了。公元1917年，刘永福在广东钦州老家病逝，享年八十岁。在他临死前，他还拉着儿子的手说：“我这辈子，抗法、抗日，虽然没能保住台湾，但我尽力了。你们一定要记住，台湾是中国的土地，总有一天，咱们会把台湾收回来的！”说完，就永远地闭上了眼睛。
死后，孙文亲自为他题写挽联：“惟公掀揭义旗，驱外侮以安社稷；斯人虽逝，励后昆而振国魂。”民国政府还在钦州为他修建了祠堂，每年都有老百姓自发前来祭拜——在大家心里，这个一辈子都在跟外敌硬刚的老人，不是什么“清廷将领”，而是实实在在“为中国人争口气”的民族脊梁。
参考《刘永福年谱》《台湾通史》