劉沆于景祐二年（1035）來到衡州，剛上任僅幾天，便接到了一件多年疑案。當地有一戶尹姓豪強大戶，平素仗著家中勢力，勾結官府，在地方上橫行霸道，周邊老百姓深受其苦，卻都敢怒不敢言。尹姓大戶見鄰村有一個外姓老人，家中只有一妻一子，勢單力孤，便想霸占他家早年置下的幾畝田地。于是，串通胥吏早早偽造好了田地買賣文書，等到那老人一死，便拿著假賣契，帶著家丁，氣勢洶洶地霸占了田地。那家的孤兒寡母沒有辦法，只能拿著自己家的真田契告官，而本地長官庇護豪強，前后竟拖了近20年，都判決孤兒寡母敗訴。

劉沆復查此案時，因為年代太久遠，已經無法一眼判斷出田契和賣契的真假，著實比較為難。他只能另辟蹊徑，一方面命人“按其稅鈔”，仔細查閱尹氏這些年繳納的田產稅鈔，并與他所擁有的田地數量相對比。自己則到田地所在的村里去微服私訪，細心查問知情的村民。功夫不負有心人，終于被他查出尹氏所擁有的田產數量和歷年稅鈔數量不符，并搜集到知情人的證言。劉沆立即開堂審理此案，在鐵證前面，尹氏只能認罪，把侵占多年的田產還給原主，并賠償其多年的損失，同時受到了法律的制裁。20多年未得伸張的正義終于在劉沆任內得到實現。此事完結，大快人心，使土地兼并之風有所收斂。劉沆為官清廉，辦事公道，能為民做主，深得衡州民心。他的政績也得到了朝廷的肯定，很快被調往朝中重用。

在劉沆擔任宰相期間，他老家廬陵縣的族人便借著他的光，拖欠了朝廷賦稅數十萬，這在當時，算是很大的一筆錢。劉沆本人對此并不知情。他老家前后數任官員都因事涉當朝宰相“更望風不敢問”。后來，程珦出任廬陵縣縣尉，此人剛直果斷，勤于任事，不畏權貴。他身為縣尉，“主賦事”，負責全縣賦稅的征收，一查賬，發現竟然有人敢拖欠這么多錢！二話不說，立即就把逃避拖欠賦稅的劉沆族人逮捕關押起來，責令他們把所欠賦稅全部繳清才能釋放。有好事之徒把這件事報告給在京的劉沆。劉沆說：“賦稅不及時上繳，原是我家犯了法，怎么可以叫地方官徇情而不照國家法令辦事呢？”同時親自寫信向程珦道歉，并要求家中族人盡快補齊應繳賦稅。后來，程珦辭官回到京城，劉沆親自接見，對他極為禮遇，并沒有絲毫芥蒂和為難之意。程珦事后對朋友說：“劉公偉量，非他人可及，真宰相也！”

劉沆為相，與他之前在衡州等地做地方官一樣，不畏權貴，敢于啟用賢人，救正時弊。他的這種剛正的性格，自然要得罪那些僥幸謀官的既得利益者們。故他任宰相不到兩年，就遭人彈劾，于至和三年（1056）被罷免，被排擠去了陳州（今河南省周口市）擔任知州。

縱觀劉沆一生，入仕之坎坷，為政之艱難，壯志之難酬，都沒有使他心灰意冷，他總是盡力排除壓力，盡職盡責做好自己分內的事。他在衡州等地任地方官時，斷案公允，清正廉明，弘文興學，興利除弊；在朝中執政期間，薦用賢能，改革弊政，不結黨營私，不貪贓受賄。據史書記載，連仁宗皇帝賜給的一些金器他都辭謝不受。