咸丰三年（1853），
太平天国起义军攻陷
江宁（今江苏
南京），
扬州、
镇江相继失守。
小刀会首领
刘丽川在
上海起义，攻陷
川沙、
南汇、
嘉定、
宝山、
青浦诸厅县。
巡抚吉尔杭阿命令刘郇膏随军围剿，刘郇膏率漕勇三百人收复嘉定，暂代知县事，选丁壮严
守望，稽
保甲，籍
游民，民心大定。叙功，加
同知衔，赐
花翎。补青浦知县。
咸丰八年（1858），调任上海知县。
租界华洋杂处，数次结怨，刘郇膏不畏权势，处置公正。有人招工，诱逼出洋，刘郇膏亲自登舟搜获，并追回已被逼出洋的人，民众感激，洋人也信服。
苏州、
杭州失陷，上海陷入太平军的包围之中，刘郇膏训练民兵，四乡设二十局，用以保卫。
李秀成攻陷
松江，进犯上海。刘郇膏登上城墙坚守十余日。此时，大官们纷纷避居上海，有人建议迁徙。刘郇膏说：“上海占据海口，为军饷的来源，他日收复全省，必自此始。奈何放弃而离开呢？”
咸丰十一年（1861）冬，太平军再次攻陷
浦东诸厅县，上司命令刘郇膏前往救援，刘郇膏回答说：“敌军气势正旺，宜守不宜战。”上司不听，率
练勇、
乡团出战，果然失败，于是专心守城。为政的成绩上报，加
道台衔，以
知府任用。擢
海防同知，破格提拔为署江苏
按察使。不久，实授江苏按察使，命署江苏
布政使，这是非常罕见的。
同治元年（1862），
李鸿章至上海，命刘郇膏总理营务，转运无缺，并且负责支持
曾国荃的江宁大营，两军月饷二十万，都取自于上海。刘郇膏修浚
吴淞江以通运道，招集流亡的人，通商惠工，善后诸事，依次举行。后来，刘郇膏任护理
江苏巡抚，因
丁母忧离职归乡。
咸丰六年（1856年），江南大旱，蝗虫成灾，时任青浦知县的刘郇膏赤臂上阵，带领大家驱赶蝗虫，保护庄稼，所撰写的《祭城隍神文》《祭刘猛将军文》两篇驱蝗告神的文章，颇令时人感动，被百姓传诵一时。
咸丰八年（1858年），刘郇膏调任上海知县。当时上海租界的外国人飞扬跋扈，屡构衅端，在走私鸦片的同时，还以招工为由诱逼大量上海贫民出境，企图外运贩卖，而巡抚、道台之类的大员均不敢过问，并准备拘捕告状人向外国人谢罪。刘郇膏闻讯，亲自到租界捜査，结果一无所获。外国人气焰更加嚣张，扬言要把刘郇膏告上清廷，将他革职查办。刘郇膏仍不为所屈，又带人赶赴江岸登上洋轮搜查，终于在轮船底部搜出被绑架的中国人，并及时追回了即将被运送出境的一千多人，“民感之，洋人亦帖服。”
咸丰九年（1859年），刘郇膏以捐献一千缗养廉银率先发起倡议，又提出一个月房租捐充当费用，启动了开浚内外城河工程。在漕河泾的清淤工程中，为提高工作时效，刘郇膏在工程附近的一座小庵中临时办公，亲自坐镇指挥。
作为一名长期扎根于基层的官员，刘郇膏还以革除积弊为己任。刘郇膏就任上海知县之初，经过多次暗访得知，“逢民命案，检验胥役、图保多方需索，邻右多至破家”。为使“需索之弊永绝”，刘郇膏亲定《尸场经费章程》，发布《上海县定尸场经费示》文告，规定“无论报验何项命案，应需尸场棚席厂费，及夫马船只并各书役饭食等项，一应杂用”，皆交给本地大善堂“同仁辅元堂”给发，并刻文于碑立在署门之外。“倘有刁诈之徒，仍敢藉端勒派”，“亦当严究，决不稍宽”，并着为永例。
刘郇膏在上海任职期间，件件桩桩尽心为民的实干，既赢得了同僚“上海诸官吏，惟刘郇膏得民心”由衷评价，也获得了同朝重臣李鸿章“沪中人才多染习气，惟刘郇膏朴实爱民”的盛赞褒奖。
《
清史稿》：
沈棣辉平广匪，
余炳焘守
怀庆，其最著也。
邓仁堃殚心筹防，不尽见用。
朱孙贻提倡团练，振兴人材，实为湘军肇基。刘郇膏主守上海以待援军。皆以一县令有裨大局。