第四次北伐，与司马懿对峙。据《汉晋春秋》记载，司马懿使张郃攻王平于南围，自己亲率主力与诸葛亮正面决战。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（232年），魏延与刘琰不和，言语虚诞，诸葛亮责备刘琰，刘琰其后作笺道歉。魏延每次随军北伐，都请诸葛亮给他统领万兵，另走一路攻关中，最后与诸葛亮会师于潼关，如同前汉将领韩信的例子，但诸葛亮一直不许，所以魏延经常说诸葛亮胆怯，恨自己之才不能尽用。依《三国志》补注《魏略》的记载：诸葛亮第一次北伐时，魏延曾在军议上提出建议，因长安守将夏侯楙怯而无谋，故愿自请精兵五千，由子午谷直取长安，并认为夏侯楙一定会弃城逃走，而诸葛亮认为此计悬危而不用。魏延善养士卒，勇猛过人，但性格高傲，性情极恶，人人都避其锋。唯独杨仪不屑魏延，与他势成水火，甚至有数次魏延拿刀作势要杀杨仪的举动；诸葛亮爱惜二人，费祎也常为二人调解。建兴十二年（234年），诸葛亮第五次北伐，魏延被任为前锋，梦到自己头上生角，问占梦人赵直，赵直说：“夫麒麟有角而不用，此不战而贼欲自破之象也。”
退后却对人说：“角之为字，刀下用也；头上用刀，其凶甚矣。”
同年秋天，诸葛亮病情加重，秘密与长史杨仪、司马费祎、护军姜维等作身殁之后退军节度，令魏延断后，如果延或不从命，就随他的便。诸葛亮殁，秘不发丧，杨仪令费祎前往揣摩魏延意图。