刘备寓居荆州，招募贤士之时，魏延即心向往之，赤壁大战后，成为刘备的将领。刘备入蜀，魏延率部曲跟随，夺关斩将，立下战功，升为牙门将军。

建安二十四年（219），刘备得汉中，称汉中王，将迁治成都，要选拔一员大将镇守汉中。汉中乃蜀之北大门，有“益州咽喉”之称，“若无汉中则无蜀矣”（《三国志·杨洪传》）。因此，镇守汉中的责任仅次于荆州的关羽。众军议论，以为“必在张飞”，而张飞也认为非己莫属。岂知刘备力排众议，提拔魏延为镇远将军，汉中太守，总摄汉中地区的军政事务。这一决定出人意料，“一军皆惊”，全军上下对魏延刮目相看。刘备即将离开汉中，大会朝臣。在会上他问魏延：“今委卿以重任，卿居之作何打算？”魏延说：“若曹操举天下之兵来犯，请为大王拒之；若遣偏将率十万之众而至，请为大王吞之！”这回答掷地作金声，刘备听了拍手称善，而在场的文武官员“咸壮其言”。

魏延不负刘备重托，在独任北方防务中，采用《周易》所载的“重门”之法，创立“围守”御敌，对保卫汉中做出极有成效的贡献。他在汉中一线依地势筑起一座座土围为营寨，各围积粮屯兵。“敌若来攻”，各围即出城，并且相互救援，“使不得入”。这些错落棋布的围寨，在延熙七年（244）曹爽攻汉中时发挥了作用。当时，曹爽率军十万攻蜀，汉中守军不满三万，敌众我寡，诸将惊惶。有人主张撤围守，退保汉、乐二城（今陕西勉县和城固），王平却主张利用诸围拒守，以待援军。结果，“王平捍卫曹爽，皆承此制”，获得成功（《三国志·姜维传》）。姜维主持蜀国军务时，以为诸围错守，“可御敌，不获大利。不若使闻敌至，诸围皆敛兵聚谷，退就汉、乐二城”（《三国志·姜维传》），放敌入汉中，待其疲乏后击之，因而撤围守。对此举，后人评论：“外户不守而却屯以引敌，且欲俟其退而搏之，真开门揖盗之见。”还有人认为这是蜀国灭亡的原因，说：“维之失计，汉之所以亡，良然。”（《三国志·姜维传》注引）蜀亡与撤围守的关系如何，姑且不论，魏延置围守御敌的作用之大，于此可见一斑。

在汉中创置围守，表现了魏延不凡的才干。刘备称帝时，他升为镇北将军。刘禅继位，又晋爵，封都亭侯。