不久，邓艾被任命为南安太守，参加了魏蜀间的战争。自幼好学兵法的邓艾一旦登上战争的舞台，立刻就显示出卓越的军事才干。公元249年，邓艾与征西将军郭淮一起抗击蜀国大将姜维的进攻，姜维率军撤退，郭淮便要向西去进攻羌人。邓艾提醒他说：“敌人撤走不远，有可能重新回来，应分出一些军队防备万一。”郭淮便留下邓艾的部队驻守白水北岸。三天之后，蜀军果然折回，姜维派廖化率军从白水南岸架桥，好像要进攻邓艾。邓艾对部将们说：“姜维突然回军，我军兵少，按兵法他该迅速渡河进攻才对，可是他却让廖化慢慢地架桥，这显然是有意让廖化牵制住我们，姜维一定是率兵去东边袭击洮城了。”于是邓艾连夜率军出发，赶到六十里外的洮城，果然姜维正在洮城对岸渡河，邓艾抢先入城据守，使姜维偷袭洮城的计划落了空。由于战功卓著，邓艾被封为关内侯，加讨寇将军。

不久，邓艾又转城阳太守，后又调任汝南太守、兖州刺史。邓艾深深明白发展农业生产对于战争的重要意义，他每到一地，都要大力开垦荒地，奖励农耕，并且亲自下田耕作，“身被乌衣，手执耒耜，以率将士”。他还上书朝廷说：“然农者，胜之本也。孔子曰‘足食足兵’，食在兵前也。上无设爵之劝，则下无财畜之功。今使考绩之赏，在于积粟富民，则交游之路绝，浮华之原塞矣。”（《三国志·邓艾传》）在他的大力倡导下，他所治理的地方荒地都得到开垦，军民丰衣足食。

公元254年，高贵乡公曹髦即位，邓艾进封方城亭侯。公元255年，在讨伐毌丘俭、文钦叛乱，抵御吴军入侵的战争中，邓艾又立下战功，进封方城乡侯、行安西将军。蜀国大将姜维出兵狄道（今甘肃临洮），魏雍州刺史王经兵败被围。邓艾率兵击退姜维，解了狄道之围。魏军诸将都认为姜维经此挫败，已势穷力竭，不会再出兵东进了，但邓艾却不以为然。他分析了敌我形势，认为姜维一定会再次来犯，下令全军严加戒备。果然不出邓艾所料，姜维不久又率兵向祁山大举进攻，他看到邓艾早有防备，便回军从董亭进攻南安。邓艾据守武城山防御，双方抢夺有利地形，姜维没有得手，便连夜渡过渭水，沿山路向东面的上邽（今甘肃天水）进军。邓艾率军在上邽南面的段谷（今甘肃天水东南）与姜维激战，大败姜维，蜀军伤亡惨重。姜维遭此挫败，自请降职为后将军。段谷之战，邓艾以少击众，大破姜维，声威大振，朝廷特下诏书褒奖，任他为镇西将军，封邓侯。公元257年，姜维又出兵秦川，邓艾在长城抗击姜维，姜维退还。公元262年，邓艾又在侯合击败姜维，姜维退守沓中（今甘肃舟曲以西、岷县以南地区）。姜维是一位智勇双全的统帅，诸葛亮曾称赞他“甚敏于军事，既有胆义，深解兵意”（《三国志·姜维传》），他继承诸葛亮遗志，致力北伐，多次进攻陇右，使魏国“民夷**，西土不宁”。自从邓艾驻军陇右，姜维就遇上了一个可怕的对手。姜维足智多谋，善出奇兵，而邓艾总是料敌如神，先期制敌，使得多谋善战的姜维屡次败在他的手下。此后，蜀军也无力出击，全面伐蜀的条件成熟了。