1866年，刘永福带领余部200多人同另支起义军首领吴鲲汇合，经过扩充整编，组建一个旗，刘永福被任为旗头。由于刘永福“胆艺过人，重信爱士”，深得部下爱戴和拥护，不久便成为吴鲲农民军中坐第三把交椅的“三哥头”。刘永福着手操使士兵，整肃纪律，选择人才，统一军令。当时他扎营于归顺州（今靖西）安德圩的北帝庙，看见北帝庙神像旁边的周公像手执着一面绘有“北斗七星”图案，镶有狗牙白边的黑色三角旗，就仿造黑旗作为自己队伍的旗帜。从此以后，这支队伍就举黑旗作战，称为黑旗军。
中法战争
1873年11月20日，法国当局派安邺带兵180名和两艘炮舰突然轰击河内。刘永福见义勇为，挺身抗暴，亲自率军2000人，翻越宣光大岭，日夜兼程，南下抗法。12月21日黑旗军在河内郊外罗池与法军开战，击毙了法国主将安邺这个不可一世的战争狂人，其部属百余人也成了黑旗军刀下鬼，取得了“诱斩安邺，覆其全军”的罗池大捷。法军被迫退出河内。这是刘永福?卫国疆，支援友邦抗法的首次战功。越王擢升刘永福为三宣副督，又赐印信一颗，文曰：“山西、兴化、宣光副提督英勇将军印”。以彰表功绩，并命刘永福扼守红河两岸。
1874年 8月，在兴化等地助剿黄崇英有功，获授正领兵官。越南王正式允许黑旗军在保胜设关收税，以补军用。同年10月，越南政府进剿黄崇英，命刘永福权充三宣副提督，督率四路大军。
1882年4月，法国又进攻越北，直窥我国云南。刘永福率黑旗军三千人。两军相遇于河内西面的纸桥，刘永福见敌人在武器上占优势，决定采用伏击战，取得纸桥大捷。越南国王晋升刘永福为三宣提督，一等男爵。
1883年农历三月初八，唐景嵩同志作为天朝派来的“联络员”进驻黑旗军，成了刘永福的军师，为其出谋划策——可以说：这是黑旗军从流寇成为正规军的第一步的开始——而且让刘永福欢欣鼓舞的是：唐景嵩给他带来了可以恢复他和他的部队大清国国籍的确定回答——“天朝宽大为怀，凡我华夏子孙，但能御外侮，卫国疆者，皆是大清的好子民。”
1884年中法战争爆发。8月，清政府正式对法宣战以后，收编了黑旗军，授予刘永福记名提督。1883年法国国会任命李威利为总司令，率领法军2000人先后攻占河内和南定。接着又分兵进犯越南国都顺化及北宁、山西。刘永福满怀“为越南平寇，为祖国屏边”的宏愿，于5月6日率领黑旗军3000人挺进河内，发挥近战、夜战的优势，诱敌深入，使法兵腹背受敌，陷入重围。这一仗打死李威利及以下军官30多名，打死法兵200多名，夺得军械弹药无数。这就是举世闻名的纸桥之役。越王为了表彰刘永福纸桥大捷的军功，晋升他为三定提督，加赐一等义勇男的爵号。
1883年取得纸桥大捷。中法战争爆发后黑旗军在越南的山西等地抗法，翌年，刘永福接受清政府给的“记名提督”头衔，成为清朝的官员。
1885年，清政府为了逼刘永福率部回国，一个月内就连下九次上谕，采取胁迫利诱，恩威兼施的手法，赐予刘永福“依博德恩巴图鲁”和“三代一品封典”的荣誉。
1885年8月，刘永福被迫率领黑旗军三个人从越南保胜启程入云南省文山县南溪，于同年10月，刘永福率3000黑旗军入关回国，清政府下令将黑旗军裁减大半，只留1200人。
1885年正月，黑旗军在左育与法军援师血战，予敌重大杀伤后败溃。同年刘永福回广西博白祭祖，慈禧太后赐“福”字大匾挂于华尖岭刘家祠堂。
1886年4月，任刘永福为南澳镇总兵。此后，黑旗兵又被历年裁撤，最后只剩300余人。
1886年春清政府委任刘永福为闽粤南澳镇总兵。
1887年 5月，调署碣石镇总兵。8月任职。
赴台抗日
1894年7月，中日甲午战争爆发。清政府命刘永福赴台帮巡抚邵友濂办理防务。8月，刘永福率黑旗军赴台北，后又奉命驻守台南，并先后在潮汕、台湾等地招募新兵，将黑旗军扩充至八营，决心为保卫台湾血战到底。
1895年4月，清政府战败求和，与日本签订了《马关条约》，把台湾、澎湖列岛割让日本。为了迫使台湾人民投降，日本派北白川能久亲王率领日军主力近卫师团，于5月27日从冲绳出发，分兵两路进攻台湾。其中一路日军从貂角强行登陆，攻占基隆。接着，又进犯台北。巡抚唐景崧等人畏日如虎，纷纷逃回大陆。6月7日台北被日军攻陷。这时刘永福在台南发出联合抗日的号召，表示为保卫国土“万死不辞”，“纵使片土之剩，一线之延，亦应仓促，不命倭得”。6月28日，台南地方绅民推举刘永福为台湾民主国总统，领导抗日斗争。刘永福坚持不受，仍以帮办之职，统率防军与台湾义军抗敌保台。
1895年8月中旬，战争转入台中。为了保卫彰化，黑旗军和台湾义军在大甲溪一带同日军展开激战，取得全胜，缴获日军枪械甚多。后来，日军不甘失败收买奸细带路，偷袭黑旗军后路，大甲溪遂为日军占据。大甲溪失守后，日军步步进逼，攻占台中等地。刘永福被迫率军退守彰化。
1895年8月28日，日军以强大兵力进攻彰化城北的八卦山，黑旗军和义军与日军展开肉搏战，击毙日本号称最精锐的近卫师团一千余人，打死少将山根信成。在这场悲壮的血战中，义军首领吴汤兴中炮牺牲，刘永福部将吴彭年英勇战死。刘永福黑旗军的精锐七星队三百余人也壮烈殉难，彰化失守。尔后，云林、苗栗亦相继沦陷，接着嘉义告急，刘永福命令黑旗军统领王德标迅速率领所部七星队北上增援，又派部将杨泗洪率黑旗军各营及各地义军密切配合，并亲赴嘉义前线坐镇指挥。由于黑旗军与义军的英勇善战，在刘永福的指挥下，各路义军协力作战，此役获大胜，杀敌近千人。并相继克复云林、苗粟、反攻彰化。但黑旗军和义军在连续苦战之后，断晌缺械，刘永福派人回大陆求援，清政府不但不予救济，反而将内地募捐援台款项强烈扣留，并下令严密封锁沿海，断绝对台增援。刘永福痛心疾首，发出“内地诸公误我，我误台民”的悲叹！
1895年9月11日，日本又派第二师团增援台湾。嘉义一战，日酋近卫师团长北白川能久中将重伤毙命。10月15日，日军进攻台南东南的打狗港。刘永福的养子刘成良率军多次打退日军的进攻，后来守卫炮台的兵士饥饿不能战，刘成良率部退守台南。这时，据守曾文溪的黑旗军和义军将士，与进攻的日军展开白刃格壮举，孤军不敌，台南最后一道防线失守。
1895年10月18日，刘永福召集部将会议，商讨战守之计，未得结果，次日，日军大举进攻安平炮台，刘永福亲手点燃大炮，轰击敌舰。当晚，日军攻城益急，城内弹尽粮绝，在艰苦的恶战中，士兵筋疲力尽，至不能举枪挥刀。当时城内大乱，刘永福欲冲回城内，部属极力劝阻。刘永福见大势已去，仰天捶胸，呼号哭说：“我何以报朝廷，何以对台民！”当天深夜，刘永福带领养子刘成良等十多人乘坐小艇，然后搭上英国商船“迪利斯”号内渡厦门。21日台南陷落，台湾全境被日军占据。
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