诸葛亮受托孤辅政后，魏延作为受刘备器重的大将，开始也受到尊重。诸葛亮北伐，“驻汉中，更以延为督前部，领丞相司马、凉州刺史”。不过，魏延很快就对诸葛亮产生不满情绪。

在第一次北伐前的军事会议上，魏延提出由子午谷直袭长安之计。他说：“闻坐镇长安的夏侯楙，年少，魏主之女婿，怯而无谋。今若给我精兵五千，负粮五千，直接出褒中（今陕西褒城），沿秦岭而东，则子午谷向北，不过十日，可达长安。蜀军骤然出现在长安城下，夏侯楙必定惶恐失措，弃城而逃。城中只剩下御史、太守等文官，就不足为惧了。百姓闻大军忽至，也会四处逃散。我军可收长安邸阁的储粮接济军食，那是足够军用的。”接着，他提议诸葛亮同时自率大军从斜谷杀入关中，与他配合。不到二十天两军便可会师。“如此，则一举而咸阳以西可定矣。”（《资治通鉴》卷七十一）

汉中与关中相阻于秦岭，当时主要靠褒斜、傥骆、子午等谷道交通。而其中“子午道从杜陵直绝南山，经汉中”（《汉书·王莽传》），是汉中去长安最便捷径，可以出敌不意，兵临长安城下。魏延为汉中太守多年，深知这一点，并且看到当时守城敌将怯弱无谋，因而提出这一极有胆识的用兵方略。

乘虚蹈隙出奇兵，是古代兵家常用的取胜之道。兵出子午谷，偷袭长安，然后夺取潼关，西抚陇右，一举而定秦川，这并非不可能。一生谨慎的诸葛亮却认为：“此县危，不如安从坦道，可以平取陇右，十全必克而无虞。”故而对魏延之计“制而不许”，坚持自己出祁山攻魏的主张。

当兵行之日，选拔先锋将，军中议论，都以为宿将魏延、吴壹等“宜令为先锋，而亮违众拔谡，统大众在前”（《三国志·马良传》附《马谡传》）。诸葛亮违众议误用马谡，造成街亭失守，北伐受挫。

魏延建奇策，诸葛亮置之高阁不用；本是魏延的先锋之任，却授予其亲信马谡，结果铸成首次北伐的败局。这一切使魏延对诸葛亮产生了不满情绪，并且怀疑其军事才干。魏延想到自己在刘备麾下何等受器重，而“每随亮出，辄欲请兵万人，与亮异道会于潼关”，均遭拒绝，因此“常谓亮为怯，叹恨己才用之不尽”。他常常散布说诸葛亮胆怯，自己在他手下无用武之地。这些诋毁自然使诸葛亮不悦。不过，诸葛亮爱他勇武，一时未与之计较。

建兴八年（230），魏延受命入羌中，笼络羌、氐，发展势力，与魏国前将军费瑶、雍州刺史郭淮遭遇，双方激战于阳谿（今甘肃渭源）。魏延大获全胜，升为前军师、征西大将军，假节，进封南郑侯。阳谿一战的胜利，更助长了魏延的矜骄情绪。