，刘备军为曹操所迫，走至襄阳，刘琮听信蔡瑁之言不让刘备进城。当时魏延就挺身而出，大开城门招刘备军队入城，可是刘备为免惊扰百姓而决定不进城。
后来魏延与文聘交战后，力孤投靠长沙太守韩玄。
后来关羽攻长沙，与大将黄忠交战，韩玄认为黄忠战斗不力而要把他杀掉，魏延一方面因韩玄不重用他，不得志而积怨，另一方面激于义愤，便率吏民杀掉韩玄，投降刘备军。可是甫到刘备营中，便被诸葛亮判断其脑后有反骨，是不忠之人，要把其处决，幸得刘备求情方才作罢。
此后刘备率军入蜀，魏延随军前往，于刘璋的酒宴上奉庞统之命起身舞剑，意在乘隙杀死刘璋，但被刘璋部将阻止。攻雒城时为争功反陷入苦战，幸得黄忠所救。于马超进攻葭萌关时出战，击败马岱，却被败中求胜的马岱放箭射伤。于瓦口关之战中曾奉命援助张飞。汉中之战中无视曹操的招降而对曹操放箭，射中其人中，但被庞德杀退；战后被封为汉中太守。
刘备逝世后，魏延随诸葛亮平定“南蛮王”孟获的叛乱。于诸葛亮北伐时献“子午谷奇谋”之策，但未被诸葛亮采纳；因此在奉命进攻箕谷时无视诸葛亮的军令，险些败北。于诸葛亮向天祈祷延命时进帐报告敌军入侵的消息，不慎碰倒主灯，导致诸葛亮的祈祷失败。诸葛亮临终前遗命杨仪统兵，魏延对此不满，于诸葛亮病逝后率军反攻杨仪，而杨仪则根据诸葛亮的遗计挑衅魏延，魏延大喝一声“谁敢杀我”后被潜伏在一旁的马岱所杀。
