北伐建功

公元223年(章武三年)四月，刘备病逝于白帝城。五月，太子刘禅即位，改元建兴。廖化升任丞相参军，后来又为广武都督，阴平郡太守。

同年，诸葛亮举蒋琬为茂才时，蒋琬坚持推让给刘邕、阴化、庞延和廖化。

公元238年(延熙元年)九月，廖化率兵攻打魏国守善羌侯宕蕈驻守的营寨，魏雍州刺史郭淮派遣广魏郡太守王赟、南安郡太守游奕率兵救援，两军沿东西两面分兵合进，欲夹击廖化军。

但同时兵力分散的弱点暴露，游奕军不少营寨更是驻扎在非险要之处，廖化抓住机会进攻，击败游奕，王赟亦在交战中箭身亡。

公元248年(延熙十一年)，凉州羌胡叛魏来降，廖化随姜维率军西迎，于成重山筑城留守，抵抗郭淮进攻，帮助姜维迎回胡王治无戴等部落。

公元249年(延熙十二年)，廖化随姜维进攻雍州，姜维留廖化在白水南岸扎营，与驻扎北岸的魏将邓艾对峙，欲牵制邓艾军，借以出兵袭取洮城。

但被邓艾识破，抢先占据洮城，汉军于是随撤兵退走。