2013年7月，刘雷任新疆军区政委，2013年11月被任命为新疆维吾尔自治区党委常委。
2014年7月，时任新疆军区政治委员的刘雷与兰州军区副司令员彭勃、兰州军区参谋长何清成一同晋升为中将军衔。2014年12月，刘雷接替苗华出任兰州军区政委，跻身正大军区级将领之列。
刘雷担任新疆军区政委期间，多次召开专题民主生活会。据《解放军报》报道，2013年10月15日晚，在新疆军区党委常委专题民主生活会上，大 家拿起批评和自我批评这一“利器”，掏心见胆，揭短亮丑。不少人感慨：“这种真刀真枪的批评和自我批评，真是一次终生难忘的思想洗礼。”
习近平将军旗郑重授予陆军司令员李作成、政治委员刘雷。
习近平将军旗郑重授予陆军司令员李作成、政治委员刘雷。
《解放军报》的上述报道提到，军区政委刘雷在自我剖析时说：“强烈的忧患意识、使命意识、责任意识没有在脑海中牢固确立起来，坚定的群众观点、群众立场、群众方法没有真正转化为认识论方法论，没有把正确的权力观、事业观、利益观作为为官从政的行为准则全面坚守。”
