1958年5月，党的八届二中全会正式通过了15年赶超英国的目标，从这时起，全国范围内掀起了大跃进运动。大跃进的初期，虽然本来较为冷静的刘少奇也受到了这种热烈气氛的感染，思想也变得更加激进和高涨。

1958年7月14日至18日，刘少奇前往山东视察，考察了当地的工厂和农村，并与当地干部进行了多次谈话。在谈到大力发展钢铁时，刘少奇提到：所有的工厂应该尽可能自己炼钢，不要过分依赖外部帮助；对于一些没有矿石资源的农村地区，可以组织人力去有矿石的地方进行开采和冶炼，自己出人出钱，再请其他地区协助。在参观寿张县台前农业社和宏伟农业社的丰产试验田时，虽然庄稼尚未成熟，但当地领导向刘少奇介绍说：台前社的玉米亩产预计可达到3至5万斤，谷子亩产也能达到3至5万斤，地瓜亩产更是达到30万斤；宏伟社的籽棉亩产将达到1.5万斤。听到这些数字，刘少奇非常高兴，称赞道：你们超越了科学家的预期，他们从未敢想如此丰收的景象，而你们做到了，这简直是一次革命！在同年9月，刘少奇又到江苏常熟进行视察，常熟县和平人民公社的党委书记向他介绍：我们试验田的稻谷亩产可达1万斤。刘少奇再次表示肯定：1万斤还能更多吗？你们这的条件好，再进行深翻改良，产量一定能再提高。

刘少奇的视察，激发了广大劳动人民的干劲和热情，许多单位纷纷向他表示决心。例如，山东一家面粉厂的职工向刘少奇写信，信中提到他们在保证面粉生产的同时，还承诺完成年底炼钢2500吨、钢胚9500吨的任务。然而，随着时间的推移，刘少奇逐渐意识到大跃进过程中出现的问题，他开始大力纠正左的错误。对于纠正这些错误，刘少奇主张采取积极向前看的态度。1959年，他在一次会议上表示：去年的大跃进是全面的大跃进，但其中也存在一些缺点。我们有些生产领域的工作没能做到位，导致经济出现了不平衡。缺点应该承认，但不必过分责备。

1959年7月2日，中共中央在庐山召开政治局扩大会议，讨论经济工作并进一步纠正左的错误。刘少奇和毛泽东的观点一致，都认为总体形势良好，总路线没有错。7月4日，刘少奇在华中华南组的讨论中发言说：去年的经验教训，是七八年积累的成果，大家要保持信心，尽管不免有泄气的时候，但尽量保持乐观。革命就会有问题，不能因为出现问题就退缩。然而，7月14日，彭德怀向毛泽东递交了万言书，会议形势骤然发生变化，原本讨论纠正左的方向迅速转为反对右的斗争。7月16日，毛泽东将彭德怀的信印发给与会者，并加上了《彭德怀同志的意见书》的标题。7月19日，刘少奇参加了第三组的会议，他提出了三个问题，供与会人员讨论：一是当前党内思想上的左与右哪一方占主导？二是北戴河会议后三个月的决策是否存在路线错误，是否具有左倾冒险主义的倾向？三是现在降低钢产量目标是否属于右倾机会主义？刘少奇最后强调，成绩要得到肯定，缺点和错误也必须清楚地指出来。

8月2日至16日，中共中央召开八届八中全会，错误地将彭德怀等人打成反党集团，并开始全党开展反右倾斗争。不久后，中央召开了工作会议，讨论人事安排。刘少奇在会上作了题为《无产阶级革命家对待群众运动的态度问题和所谓个人崇拜问题》的报告，其中提到：我们中国党、中国党中央领导、毛泽东的领导，是不是最好的领导？是否最正确？我认为可以这么说。如果你们认为还不够好，想更正确一点，那就请马克思、列宁来领导吧，或许会更好，也有可能更差。他进一步表示：我一直在积极搞‘个人崇拜’，提高某些人的威信。在‘七大’之前，我就宣传毛泽东同志的威信，并且在党章上明确提出毛泽东思想作为党的指导思想。

对于批判彭德怀的事情，刘少奇没有疑问，但他并不赞成将批判的范围过大。他准备发布另一个反左的文件，委托胡乔木起草。然而，胡乔木认为在当时的气氛下，这份文件不易写，于是建议刘少奇先和毛泽东谈谈。刘少奇对此并不高兴，最终胡乔木又与彭真和刘少奇进行了沟通，刘少奇才决定不再撰写该文件。彭德怀被错误批判后，大跃进的风潮再度掀起，给国家经济带来了更大的损失。后来，刘少奇在湖南农村进行调研时，深刻意识到问题的严重性，决心开始调整国民经济政策。