帝遂命刘骏派军抵御。当时人们都推举刘延孙为元帅，但他一直以无将领才干为由推辞，反举荐了刘泰之；不过文帝知道这事后大为愤怒，免了延孙的官。延孙后仍跟着刘骏迁转，先后任其镇军、北中郎中兵参军以及南中郎议议参军领录事。元嘉三十年（453年），刘骏起兵讨伐篡位的刘劭，因府中高级佐官出缺，遂转延孙为长史、寻阳太守，行留府事。同年，刘骏即位，是为宋孝武帝，刘延孙转任侍中，领前军将军，并封东昌县侯，食邑二千户。又在同年改领衞尉。孝建元年（454年），延孙转丹阳尹，适逢荆州刺史刘义宣等人起兵，联合荆江兖豫四州军力对抗朝