1840年(道光二十年)抵任后，邓廷桢立即会同福建水师提督陈阶平和兴泉永道兼金厦兵备道刘耀椿，认真设防备战，采取“以守为战”的策略，保卫海疆。刘耀椿在所属地区，积极执行邓廷桢严厉查禁鸦片，坚决抵抗侵略政策，申明赏罚，策励群材，同心合力，具体组织地方的军民，外攘内侦，拔本塞源，颇见成效。

3月间，刘耀椿密饬守备杨靖江带领水勇380余人，雇大小渔船11只，至金门、铜山(今东山县)一带，巡查外国烟贩走私船。

4月又饬都司周光碧带领水勇200余人，配合民船，出洋缉捕汉奸走私船。21日，杨靖江所率水勇各船，在穿山洋面，开枪环击外国烟贩武装走私船，缴获铜炮、铁弹、铁镖等物，外国走私鸦片犯伤亡11人。26日夜，周光碧所带水勇，在围头洋面，截获汉奸走私鸦片船，当场捉拿走私汉奸11人，起获烟土2000余两，使“水陆文武各员，皆有轩鼚鼓舞之意。”

5月，懿律率英舰封锁广州珠江口，由于钦差大臣林则徐设防严密，不敢轻易挑衅，便按照英国政府训令，留少量船舰封锁广州，集中主力舰队，分兵两路北犯。一路入侵厦门；一路攻定海，北上白河，威胁京都。

6月4日，英舰一艘由青屿洋闯入屿仔尾洋面，悬挂白旗，以侦探守军动静。当时，刘耀椿和水师提督陈阶平皆“因公在外”。次日，英舰投放舢板船一只，载英军30余人前来挑衅，先挂白旗伪称“求和”，后挂红旗扬言“开炮”，受到守军水师阻击，英军复放舢板一只，增兵10余人，妄图掩护英军，直扑炮台。水师和岸上守军一齐向来犯英军开火，“夷船亦炮火不绝，其势甚猛”，双方激战三个多小时，英军伤亡23人。 初七、八日，刘耀椿与陈阶平先后返回厦门，加紧设防部署，以增强厦门抵抗侵略力量。陈阶平着重指挥、部署水操台和大炮台东西沿岸兵力。在水操台一带，派拨水师兵850人；在大炮台以东，至头中礁，派兵600人；在大炮台以西，至风神庙，派兵200人；还亲自督驻水操台，并往来水操台、大炮台之间，昼夜巡察各军戒严。刘耀椿主要组织调度所属各地所招募的乡勇，前来厦门配合守军，切实加强各要隘防守。

7月24日，英舰三艘前来青屿门外窥探。刘耀椿立即点验厦门、同安绅士所招募的乡勇600人，分饬各绅士带往各要隘加强防守，随即亲自驰赴海口，饬探英舰入口情形；并分布厦防同知蔡觐龙招募的3万余乡勇，防守风神庙至文汛口一带；而文汛口以西，商旅辐辏之地，则专责当地绅士按地段防守。

7月25日晨，英舰驶入青屿，直趋水操台，守口水师并力阻击，英舰屡受创，不得不退出厦门港，但仍泊青屿，伺机反扑。26日，英舰又向水操台开炮挑衅，守军水师当即回击，鼓浪屿等地守军纷纷开炮应接，英舰见各地发炮，只战斗半小时，便退出厦门港。27日，英舰放下三只舢板船，驶至曾厝坡一带，尾追进口商船，刘耀椿即命水勇驾驶四只划龙船，加桨前往追赶，英舰开炮掩护舢板，提督陈阶平指挥游击谢国标发炮轰击英舰，此时水勇划龙船追上英军舢板船，相互炮击，击中英军5人，水勇亦两人受伤，保护了进口商船安全脱险。当时，刘耀椿还组织数百水勇，伪装商船出洋，在南澳港，利用夜晚无风，主动出击，火攻英舰，“遂坏其柁尾，掷火罐喷筒，歼其夷兵数十，会风起，夷船始窜遁。”

由于刘耀椿和陈阶平督率厦门爱国官兵的英勇抵抗，英舰六、七月间两次进攻厦门，都以失败告终。9月，道光帝命颜伯焘继邓廷桢任闽浙总督。

1841年(道光二十一年)1月25日，颜伯焘抵省城福州，2月，便前往厦门前线，亲自督办防务。力主“水陆兼备”，并出海进攻。刘耀椿积极协助颜伯焘布防，认真落实其“重兵扼要”“水陆兼备”的主张，守卫厦门。在峿屿、大炮台、屿仔尾、鲁班庙、鼓浪屿各要隘，设炮270多门，驻水陆兵2700多人；在白石头至沙坡尾一带，倡建高1丈、厚八8的石壁500丈，每5丈设炮1门，共设炮100门；又在曾厝坡、河厝乡、五通汛等处，设炮100门，驻兵1400余人，其中高崎汛还派兵300人，哨船10只，拦截港面；除此之外，各地尚有机动水勇、练勇9000余人，以应急调遣。与此同时，还准备再招募新兵数千人，水勇8000人，并添筑炮台，创建船坞，积极引进外国新式造船技术和铸炮工艺，自造战舰50余艘、自铸新炮1000门，以便进入大洋，与英舰在海上交锋作战。

当时有些人的记载，对这个“水陆兼备”的设防作了很不公允的评议，认为：“新筑炮台又不如上年囊沙叠垣为卫，新铸千斤炮又多未就。空船空台，徒同废物。”其实，恰恰相反，对颜伯焘和刘耀椿采取石壁筑垣取代陈阶平“囊沙叠垣”，积极引进国外新式技术和工艺，“新铸千斤炮”，建造欧洲式的干船坞，以及制造新战舰的造船技术，应当予以肯定的评价。在当时，连侵略者自己对颜伯焘、刘耀椿在这方面所取得的成就，大为惊讶，不得不称赞“他们的造船技术已经前进了一大步”，并颇为感叹地说：“确实，战争时间越久，中国人就会由于‘需要的推动’，越来越走上图谋大变革的道路。不但是他们的船只，而且是他们的战争武器及其防御技术诸多方面，也都已经改进了。”

事实上，当时中国所遭到的正是世界上最有殖民侵略经验的老牌侵略者，而这个侵略者恰恰乘颜伯焘和刘耀椿这些“水陆兼备”设防尚未全部完成，而又奉有裁撤兵勇之旨，尤其利用筹诲松懈，“以广东甫经议抚，现当无事”的新任水师提督窦振彪率水师出洋缉盗至浙之机，集中其强大舰队，对厦门进行空前规模的袭击。

阴历7月9日(8月25日)，英舰36艘（此36艘，包括兵船14艘，测量船1艘，运输船21艘。另说认为34艘），闯入厦门青屿口。

10日午间，英舰发动进攻，“西索斯梯斯”号兵船首先开炮。刘耀椿立即命令弁兵开炮回击，并指挥白石头汛、屿仔尾和鼓浪屿守军，三面兜击，发射万斤至数千斤以下大炮数百门，顿时击沉英军火轮船1艘，兵船5艘。英军拥有74炮位的“伯兰汉”号和“威里士厘”号兵船，配合“西索斯梯斯”号，连续发炮强攻大炮台。石壁筑垣的各炮台，经受严峻考验，有效确保各炮台大炮向英舰轰击。

侵略者对厦门炮台建造之坚固无不震惊。他们说：“从战列舰西侧射出的一连串的火和烟异常猛烈，一刻也不停。仅‘威里士厘’号和‘伯兰汉’号就各自发射了12000发以上的炮弹，更不用说快速舰、轮船和小船了；虽然炮弹最大的穿透力达16英寸，但是，当我们停止炮击时，这些炮台却和开始炮击时一样完好无缺。”英舰强攻无法摧毁大炮台，只好一边发炮掩护，一边下放舢板船，分路强行登陆；并且改变战术，以七、八艘兵船并力攻一炮台，一台破，又攻一台，旋攻旋进，凶猛异常。“我军连环开炮，受伤兵丁，血肉狼籍，其同队兵丁，犹各装药下子，奋力拒敌，及见将弁内已有伤亡，环视痛哭，仍复竭力回炮，而将领等奋不顾身，其受伤未死者，亦皆眦裂发指，催督愈急。壮勇等分布各处，见有舢板夷兵上岸，尽力堵御，上而复下者，或三、四次，或四、五次，亦皆斩杀无算。”

在殊死激战中，刘耀椿冒着密集炮火，带领印委各员，仍往来指挥于兵勇炮火之间，使“各兵勇益加感奋，尽出死力”。英舰炮火愈放愈多，登陆敌人也愈杀愈众。但刘耀椿以及印委各员皆“怀带印信”，分路击敌，表现着顽强抵抗侵略的战斗精神，双方激战三、四小时，英军占领鼓浪屿，并在南普陀附近登陆，控制厦门全城高地，六时左右英舰便进入厦门内港停泊。当夜，刘耀椿随同颜伯焘退守同安。

11日，英军进城，对厦门军民进行疯狂的血腥报复，摧毁所有海防设施，“肆行拆烧，抢掳资财，奸淫妇女，焚毁庙宇，人人痛愤。”乡民陈氏领导、组织厦门人民进行抵制英军入城斗争。

据谢兰生《思忠录》记载：“夷众五千，我兵五百，夷用车炮，民用抬枪，以一击十，夷兵死者以百计，伤者以千计。陈氏之死者三人，伤者十二人耳。是以不敢久驻厦门，而退屯鼓浪屿也。”

刘耀椿退守同安后，积极协同颜伯焘整顿军队，筹备火炮，征募新兵，团练乡勇。他在同安，募兵3000余人；在中后两路，130余乡和马港一带，团练乡勇万余人。采取军民结合，昼夜轮防，或主动出击，牵制英军。“凡有逆夷水陆栖止处所，昼则寻杀无时，夜则乱石向掷”，使英军“留船聚泊无所”。与此同时，刘耀椿还督同厦防同知顾教忠，深入厦门各乡，劝谕各乡绅耆，晓以民族大义，积极配合官兵抗英，使各乡“无不人人思奋，志切同仇，率其子弟，愿听调遣。”

7月20日夜，刘耀椿亲自率领兵勇，潜渡厦门，联络当地乡民、兵勇，约期21日夜，袭击驻守厦门英军。但，英军于当日黎明，“大帮开去，未及痛创”。

在整个鸦片战争期间，英军对厦门进行三次入侵，刘耀椿身为福建兴泉永道兼金厦兵备道，无愧为厦门“父母官”，始终站在抗英第一线，积极组织领导厦门军民进行爱国的反侵略斗争；特别他怀着振兴国家的极大热忱，勇于革新，努力引进各国先进科技知识和新式工艺，实践“师夷长技以制夷”，尤其值得赞扬和充分肯定。