2003年9月，劉嘉憶開始了他的中學生涯。然而開學第一天就很不順利。這一年6月，他參加了大連市79中附屬小學的小學升初中考試，因為理科是自己的弱項，在升學考試中權重又高，所以自己考得很不理想。劉嘉憶後來回憶說，當時其實知道自己成績不行，但一直騙自己，心想考試已經結束了，一切都過去了，之後好好用功就好。
但他沒有瞞過初中班主任。開學第一天的第二節課，是數學課。下課後，他正準備去操場活動，班主任高老師在班門口叫住了他，「劉路（當時還叫劉路，後來改成劉嘉憶），你過來一下」，說完就朝班級後面走去，劉嘉憶身體一哆嗦，心想，「這下完了。」初中開學前，同學們都在打聽自己班級的老師和班主任。他們嚴不嚴厲，脾氣怎樣，是這些學生最關注的問題。一班班主任高老師，是全校公認最嚴厲的班主任，劉嘉憶心知肚明。他走到班級後面，高老師開門見山：
「你知道自己入學考試總分和排名嗎？」一陣沉默後，高老師接著說，「語文、數學、英語，滿分300分。你語文考了81.5分，英語考了77分，數學不及格，45分。總成績全班倒數第5名。初中看似有3年6個學期，實際你只有2年。剛入學，你要適應吧？半學期過去了。初三下學期，你要複習中考吧？半學期又過去了。還剩兩年。你如果這個學期成績上不去，後面很難再上去了，自己的路，你自己要想明白。如果以後不想繼續讀，那就早做打算，如果還想好好學，那就從今天開始，一步一個腳印。聽懂了嗎？」
這樣坦蕩直白的話，看似冷峻，實則溫暖。正是高老師的嚴厲訓誡，讓劉嘉憶看清了自己的水平，不再自欺欺人。第一學期開始後，當其他學生還在體驗新的生活時，劉嘉憶已經悄悄發力。
「前幾次的成績依然不行」，他回憶道，「數學連續好幾次不及格，最後連英語都不及格了，拿著自己的成績單，看著周圍同學的成績，都不好意思問別人，當時心裡特別自卑。」
但他沒有氣餒，依然十分努力，隨著他逐漸適應了初中氛圍，成績開始慢慢好轉。「初中一年級畢業，大概到了班裡15名左右，在年級可以排到前100名了。」
此後，劉嘉憶的成績雖然沒有突飛猛進，但始終穩定在這個水平。2005年9月，他考取了大連市第一中學。進入高中後，劉嘉憶突然對數學產生了濃厚的興趣。
「過去數學成績一直不好，感覺這門課很沒意思，加上當時老師實行輪班制，我們經常換數學老師，最後就越來越學不懂了，自己也很無奈。後來父親給我買了一本牛頓的《自然哲學的數學原理》，我當時知道牛頓名氣很大，是抱著這種敬佩和興趣讀這本書的，所以很有動力。遇到不會的地方，我就想盡辦法搞明白，沒想到最後居然讀懂了很多內容。當時不但對數學再次提起了興趣，還意識到：自己不是能力不行，只是沒有興趣。」
對數學產生興趣後，劉嘉憶便一發而不可收。每天做完作業，所有時間都在閱讀。期間，他從歐幾裡得的《幾何原本》，到拉卡託斯的《證明與反駁》；從波利亞的《數學與發現》，到高斯的《算數研究》。劉嘉憶用濃烈的興趣證明了一個簡單的道理：只要智力正常，所謂的缺乏能力，只不過是缺乏熱情。由於種種原因，應試教育下的許多學生，都或多或少對一些科目不感興趣。這時候，因為學生年紀還小，加之教育引導無方，很容易讓孩子產生一種偏見：某門課程學得不好，全都因為腦袋笨。事實並非如此。
這樣，在高中畢業之前，劉嘉憶早已自學完成了大學數學，高二上學期，他就自修了中國大學數學專業的基礎學科《數學分析》。高中畢業後，他以優異的成績考取了中南大學數學科學與計算機學院。進入大學後，基礎課程對於劉嘉憶來說已經是小菜一碟，他將重點放在了自己鑽研上面。當時他最感興趣的數學問題，就是西塔潘猜想（Seetapun Conjecture）。
1930年，英國數學家弗蘭克·普倫普頓·拉姆齊（Frank·Plumpton·Ramsey）於他去世前幾個月，在其出版的著作《形式邏輯上的一個問題》中，提出了拉姆齊二染色定理。而西塔潘猜想，則是後來英國的數理邏輯學家西塔潘，在1990年針對拉姆齊二染色定理提出的一個數學猜想。這個猜想具有世界級難度，提出後，全世界範圍內許多數學家曾試圖攻克這個難題，均以失敗告終。西塔潘猜想非常複雜，如果不是專門研究數學的人，很難理解，大家可以看看：
[1]拉姆齊數定義：對於所有N頂圖，包含k個頂得團或l個頂的獨立集，具有這樣性質的最小自然數N，就稱為一個拉姆齊數，記作R(k,l)；[2]拉姆齊二染色定理要解決的問題是：要找到一個最小數n，使得n個人中必定有k個人相識或l個人互不相識；[3]西塔潘猜想：西塔潘發現WKL_0並不強於RT_2^2，因此他猜想RT_2^2要強於WKL_0，（來源：西塔潘的論文：《On the Strength of Ramsey’s Theorem》）。
從大學一年級開始，劉嘉憶就對解決西塔潘猜想產生了濃厚興趣，經過將近1年努力，他於2010年攻克了這個世界級數學難題，並在《符號邏輯雜誌》（Journal of Symbolic Logic）2012年第二期第602頁到609頁，發表了他撰寫的題為《RT_2^2 does not imply WKL_0》的論文。這篇論文發表後，立刻引發轟動，劉嘉憶一戰成名。2012年，中南大學獎勵了正在上大學四年級的劉嘉憶人民幣100萬元，同時，因為他的學術水平已經達到教授水平，在他22歲這一年，中南大學破格提拔他為教授。
劉嘉憶不是天才，他只是一個對數學非常熱愛的普通學生。他曾經和許多人一樣，因為種種原因，對數學失去了興趣，成績越來越差，最後掛科。但他和許多學生不同的是，他從不氣餒、不甘心，不相信自己真的是因為能力不足，而學不好數學。這一點，或許比他攻克數學難題更加值得欽佩。