东汉献帝建安十六年(公元211年)魏延作为刘备部曲,随刘备入蜀。
建安十七年(公元212年)刘备彻底和刘璋破裂,召斩刘璋的白水军督杨怀、高沛后,刘备率黄忠、卓膺、魏延从葭萌回军攻打刘璋,并攻陷涪县。
多有战功,升迁为牙门将军。
建安二十四年(公元219年)刘备得汉中,自封为汉中王,迁治成都,本来众人以为必为张飞,张飞亦以心自许。结果封魏延为督汉中镇远将军、领汉中太守;全军震动。刘备大会群臣,问魏延上任后会如何应对,魏延说:“若曹操举天下而来,请为大王拒之;偏将十万之众至,请为大王吞之。”先主称善,众咸壮其言。
先主章武元年(公元221年)刘备称帝,升魏延为镇北将军。
后主建兴元年(公元223年)魏延受封都亭侯。
刘备留魏延镇汉中时,皆实兵诸围以御外敌,使敌若入侵时而不得入。兴势之役王平捍拒曹爽,皆承此制。
建兴五年(公元227年)诸葛亮驻汉中,魏延变更为督前部,领丞相司马、凉州刺史。
夏侯楙为安西将军,镇长安,诸葛亮于南郑与群下计议,魏延说:“闻夏侯楙少,主婿也,怯而无谋。今假延精兵五千,负粮五千,直从褒中出,循秦岭而东,当子午而北,不过十日可到长安。楙闻延奄至,必乘船逃走。长安中惟有御史、京兆太守耳,横门邸阁与散民之谷足周食也。比东方相合聚,尚二十许日,而公从斜谷来,必足以达。如此,则一举而咸阳以西可定矣。”诸葛亮以为此计县危,不如安从坦道,可以平取陇右,十全必克而无虞,故不用他的计策。(陈寿原文是每次魏延从征,向诸葛亮提出,给他派遣万人以会于潼关,而不是《魏略》所讲的长安,也许是第一次魏延想会于长安,其后为潼关,也可能是《魏略》记录有误)
建兴八年(公元230年)魏延西入羌中,大破费瑶(也就是《魏志》中的费耀、费曜)、郭淮于阳溪,迁为前军师、征西大将军,假节,进封南郑侯。
建兴九年(公元231年)司马懿使张郃攻无当监何(王)平于南围,诸葛亮使魏延、高翔、吴班逆战,魏兵大败,获甲首三千级,司马懿还保营。
建兴十年(公元232年)与刘琰不和,言语虚诞,诸葛亮责备刘琰,刘琰其后作笺道歉。
魏延每随诸葛亮从征,辄欲请兵万人,与诸葛亮异道会于潼关,如韩信故事,但诸葛亮制而不许。魏延常谓诸葛亮为怯,叹恨己才用之不尽。魏延既善养士卒,勇猛过人,又性矜高,当时皆避下之。唯杨仪不假借魏延,魏延以为至忿,有如水火,每至并坐争论,魏延或举刃拟向杨仪,杨仪则泣涕横集。费祎常入其坐间,谏喻分别,终亮之世,各尽延、仪之用。
建兴十二年(公元234年)诸葛亮第五次北伐,兵出北谷口,魏延为前锋。出亮营十里,魏延梦见自己头上生角,便问占梦赵直,赵直诈称:“麒麟有角而不用,此不战而贼欲自破之象也。”退而告对人说:“角之为字,刀下用也;头上用刀,其凶甚矣。”
掎角之势的孙权军为魏所退,司马懿又坚守不出,诸葛亮病中密与长史杨仪、司马费祎、护军姜维等作身殁之后退军节度,令魏延断后,姜维次之;若魏延或不从命,军便自发。诸葛亮适卒,秘不发丧,杨仪令费祎往揣魏延意指。魏延说:“丞相虽亡,吾自见在。府亲官属便可将丧还葬,吾自当率诸军击贼,云何以一人死废天下之事邪?且魏延何人,当为杨仪所部勒,作断后将乎!”因与费祎共作行留部分,令费祎手书与己连名,告下诸将。
但为费祎巧言得脱,魏延后悔,但已追不回。魏延遣人觇杨仪等,遂使欲案亮成规,诸营相继引军还,魏延大怒,在杨仪出发前先率所领径先南归,所过烧绝阁道。魏延、杨仪各相表说对方为叛逆,一日之中,羽檄交至。刘禅问侍中董允、留府长史蒋琬,他们皆保杨仪而疑魏延。杨仪等槎山通道,昼夜兼行,亦继魏延后。魏延先至据南谷口,遣兵逆击杨仪等,杨仪等令何平(即王平)在前抵御。何平叱魏延的先登:“公(诸葛亮)亡,身尚未寒,汝辈何敢乃尔!”魏延军的士卒皆知曲在魏延而不肯用命,军皆散。魏延独与其子数人逃亡,奔汉中。杨仪遣马岱追斩之,致首于杨仪,杨仪起自踏之,说:“庸奴!复能作恶不?”遂夷延三族。
起初,蒋琬率宿卫诸营赴难北行,行数十里,魏延死讯至,乃还。魏延本无意北降魏而南还,但欲除杀杨仪等,冀时论必当以代诸葛亮。本指如此,不便背叛。