建安二十四年（219），劉備奪取漢中，要選拔壹員大將鎮守漢中。漢中地處魏蜀結合部，地理位置極為重要，因而漢中太守的職位便顯得非常關鍵。當時幕僚們私下議論，以為能擔此重任者，非張飛莫屬，張飛也“以心自許”。不料劉備在宣布任命時，竟是小小的牙門將軍魏延。壹時之間，全軍上下無不為之震驚，對魏延開始刮目相看。
劉備離開漢中時大會群臣，在會上他問魏延：“我把漢中重任交給妳，妳準備怎麽辦？”魏延應聲回答說：“如果曹操舉天下之眾至，我為大王拒之；若偏將十萬之眾至，我為大王吞之。”回答得幹脆利落，擲地有聲。劉備非常滿意，在場文武官員無不為之振奮。
魏延並沒有說大話。他不負劉備重托，在防守漢中時創立“圍守禦敵”之法，就是在漢中險要處依地勢築起壹座座土圍作為營寨，積糧屯兵，加強守備。如果敵軍來犯，各圍斂眾據險，而後待機出擊，相互救援，使敵人不能持久。後來的事實證明，這種戰法在保衛漢中的過程中發揮了關鍵作用。
魏延在漢中的傑出表現贏得了劉備的充分肯定。劉備稱帝後，進壹步提拔魏延為鎮北將軍。據說，在陜西省留壩縣境內過去曾有過壹塊石碑，上刻“鎮北將軍魏延”字樣，大概就是魏延升任鎮北將軍後所立。可惜1971年當地修路，開山炸石，石碑被毀，今已不存。
建興五年（227），諸葛亮率軍北伐曹魏。魏延作為劉備器重的大將，坦率地向諸葛亮提出了輕兵循子午谷襲擊長安，攻取關中的戰略主張。但是，諸葛亮認為此計懸危，拒絕采納。這讓魏延非常失望。
隨後的幾年中，諸葛亮又數度北伐，但無壹成功。這壹時期，魏延並沒有得到諸葛亮的重用。
魏延雖然才幹出眾，但他性格耿直，甚至有些剛愎自用，同僚們普遍對他敬而遠之。許多人因接受不了魏延的這種性格，便處處讓著他，更助長了魏延的這種脾氣。
不過，蜀軍中有壹位掌管後勤的官員卻從不把魏延放在眼裏，此人便是楊儀。楊儀本性狷狹，為人奸詐。魏延壹向看不起楊儀，而楊儀又偏偏與魏延對著幹，這使魏延十分惱火，對楊儀恨之入骨。有時二人當眾爭論起來，魏延脾氣大，便要拔刀殺楊儀。而楊儀便痛哭流涕，壹副受人欺侮的樣子。久而久之，二人積怨很深，猶如水火。諸葛亮當然知道這壹情況，但他不僅不予制止，反而肆意縱容，使二人的矛盾不斷擴大化。後來，諸葛亮還專門寫了壹篇叫《甘戚論》的文章，意在調解二人的關系，想讓二人翻然悔悟。但魏、楊矛盾極深，又怎是壹篇文字所可了斷？（據《華陽國誌》卷七）不過，當時軍中有個費祎，此人很會和稀泥，才使二人矛盾沒有過早爆發。
建興十二年（234），諸葛亮病危。在安排後事時，諸葛亮和楊儀、費祎、姜維幾人作出壹個軍事步署：命魏延斷後，姜維次之，楊儀、費祎率主力撤退。諸葛亮明知魏、楊二人水火不容，卻讓楊儀總督軍務，指揮魏延，並且特別囑咐，如果魏延不服從命令，可以拋開魏延，大軍自行撤退。實際上，諸葛亮對這樣安排的後果是清楚的，個中用心，深可玩味。
諸葛亮壹死，楊儀就讓費祎去揣摩魏延的意圖。這時的魏延卻對形勢做出了完全錯誤的判斷，他天真地認為，諸葛亮活著時自己受到壓制，才能得不到施展，現在諸葛亮既然已經不在了，那麽也就輪到自己大展雄才，伐魏殲敵了。壹見費祎，魏延便急切地說：“丞相雖然去世，但還有我魏延在。可以安排官員們扶持靈柩回去安葬，我率領大軍北伐魏賊。怎麽能因為壹人之死而廢天下大事呢？”對楊儀總督軍政，卻讓自己斷後，魏延火冒三丈：“我魏延是什麽人？豈是楊儀小子可以指揮，為他斷後的嗎？”費祎知道了魏延的真實想法，但表面上仍隨聲附和。魏延心直口快，誤以為費祎是自己的知己，竟然立即與費祎討論軍隊員屬的安排布署，並草擬命令，準備讓費祎簽名後下達全軍。費祎為穩住魏延，假意說：“我回去後要向楊儀當面解釋清楚。他本來就是文官，不曉軍事，肯定不會反對妳的安排。”費祎騙住魏延後，出門策馬狂奔而去。稍後，魏延感到自己魯莽失言，要追回費祎，已來不及了。
費祎向楊儀匯報，楊儀下令仍然按既定布置進行。這時的魏延已經處在孤立和隔絕的狀態，全軍的行動他不得而知，自己又得不到任何命令，不知如何是好。只得派人去楊儀處察看，發現全軍已經準備撤退。對於被總部遺棄，魏延大怒，喪失了理智，在大軍尚未開拔時，便先行撤離前線，經棧道南歸漢中。沿途又把棧道燒毀，發泄對楊儀和費祎的仇恨。
魏延的行動無疑授人以柄，正中楊儀下懷。楊儀便上表朝廷，告魏延謀反。魏延有口難辯，也告楊儀謀反。壹時間二人羽檄交馳於成都、漢中之間。後主劉禪本來就昏庸，根本分辨不出孰是孰非，只得征求蔣琬和董允的意見。由於楊儀受命於諸葛亮，而且二人向來就對魏延有看法，因此都認為魏延謀反的可能性大。劉禪便命令蔣琬率宿衛軍北上接應，以防不測。
魏延回軍至南谷口（在今陜西省褒城縣），楊儀率大軍也隨後趕到。魏延自知謀反之罪已定，必死無疑，便壹不做，二不休，揮軍逆擊楊儀主力。楊儀派王平出戰。兩軍對壘，王平指著魏延大聲質問：“諸葛丞相屍骨未寒，妳們就要謀反嗎？”魏延手下將士也都認為魏延理虧，又知孤軍難敵，便紛紛倒戈，壹哄而散。魏延無奈，帶著幾個兒子向漢中逃去，途中被馬岱追斬，死於非命。
魏延頭顱被割下，作為禮物獻給楊儀。楊儀起身將魏延頭顱踩在腳下，咬牙切齒地說：“狗奴才，還能再作惡嗎？”在楊儀的授意下，魏延全家被滿門抄斬，雞犬不留。楊儀泄私憤之情，暴露無遺。
對魏延是含冤被殺還是罪有應得，從魏延被殺之日就有爭論。但是，魏延在撤軍時自作主張，燒毀棧道，逆擊蜀軍，已經嚴重觸犯了封建綱常，即使有人想替魏延說話，也無從入手。
魏延冤案平反的轉機出現在楊儀真實面目暴露之後。
楊儀除掉魏延後，內心的權力欲望猛然提升，夢想成為諸葛亮的接班人。但是，楊儀完全想錯了。諸葛亮對他的使用完全是臨時性的，是出於除魏延的目的而安排的權宜之計。諸葛亮的真正接班人是蔣琬。
楊儀回到成都後，才發現自己上了諸葛亮的當，懊悔異常，氣憤難平。楊儀再也無法偽裝自己的真實想法，便將他的失望與憤怒當眾表現出來，嘮騷滿腹。後來費祎去看望他，楊儀把費祎看作知己，說出了自己的心裏話：“過去丞相去世的時候，我如果帶領軍隊北投曹魏，怎麽會落得今天的下場？令人追悔莫及！”費祎壹聽大驚，隨後向朝廷告發，楊儀當即被免官。但這時的楊儀已經有些控制不住自己，又上書朝廷，言辭十分惡毒。劉禪大怒，收審楊儀。楊儀自知必死，在獄中自殺。
楊儀的下場使人們對魏延的冤情有了根本認識。當初魏楊相爭時，人們只憑楊儀的眼淚鼻涕而片面同情楊儀，卻沒想到此人如果險惡；反推魏延，他與楊儀並無權力、利益之爭，卻為何如此痛恨楊儀，恐怕是魏延早已看穿了楊儀的可鄙人格！人們在切齒痛恨楊儀的同時，開始回憶漢中撤軍時的壹幕幕經歷，終於意識到，魏延是被冤屈而死的。到此，魏延冤案出現轉機。
但是，魏延謀反之罪是蜀漢朝廷定了性的，要想讓朝廷給魏延平反，已不可能。於是，以蔣琬為首的有識之士，考慮變相為魏延昭雪，折衷處理這起棘手的歷史遺留問題。
當時蔣琬率軍駐屯在漢中，他就近收葬了魏延屍骨，立墳樹石以資紀念。在這壹過程中，朝廷沒有發表任何意見，實際上默認了魏延的冤情。也正是由於魏延平反是在無聲無息中進行的，所以史書才沒有留下有關平反昭雪的記載，也才使壹個“叛賊”的墳墓得以保留下來。
有許多人認為魏延蒙冤千古，其實這是不準確的。早在蜀漢當政時，他已被平反翻案了。