2012年，刘国伦接连闯进全英首要超级赛及瑞士公开赛八强，其个人世界排名亦连跳八级至个人新高第28位。同年5月，代表国家队出战在中国武汉举行的汤姆斯杯，在八强战对战中国队的头号男单选手林丹，先取一局下以1比2告负。
2012年刘国伦出战法国羽毛球超级赛，在男单决赛中以2-0（21-18,21-17）击败阿萨尔森，首夺生涯超级赛男单冠军。
2013年8月，刘国伦参加中国广州举行的世界羽毛球锦标赛，出战男子单打项目。他先在首轮以2比1力克俄罗斯的弗拉基米尔·马尔科夫，次圈再以2比0击败新加坡的黄梓良晋级；但在第三轮面对2号种子、中国的谌龙，就直落两局败北，止步16强。
2014年，刘国伦以队长的身份出战汤姆斯杯第三单打，从初赛到半决赛未胜一场，所幸靠之前上场的队员的胜利取分而挺进决赛。在决赛，马来西亚队对战日本队，比赛打得相当激烈，以2比2拖入决胜场。最后一场比赛，刘国伦对上日本的上田托马，最终以1比2告负对手，使得日本队首次捧得汤姆斯杯。
2018年中国南京羽毛球世界锦标赛上，刘国伦淘汰印尼小将乔纳坦，印度名将斯里坎特，与日本选手常山干太的比赛进行至第2局13比13时，刘国伦在一次网前球的击打过程中崴到了脚。艰难的以2比1打败日本的常山干太挺进四强，但最终不敌日本名将桃田贤斗无缘决赛，获得铜牌，创下个人世锦赛最佳成绩。
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刘国伦
马来西亚 |
男单
(退役)
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