马懿最终在正始十年（249年）发动兵变控制洛阳城，史称高平陵之变，政变其间司马孚与司马师驻军司马门。事后司马孚进封长社县侯，加侍中。嘉平三年（251年）迁司空，后迁太尉。嘉平五年（253年），司马孚领兵到寿春防备正在进攻合肥新城的诸葛恪，并派毌丘俭和文钦等进攻吴军。吴军因相持太久未能攻克，而军中亦有疫病，唯有撤兵。正元二年（255年）秋，蜀汉将领姜维入侵，大破雍州刺史王经，司马孚于是镇守关中，统御各军。战后回洛阳，迁任太傅。甘露五年（260年），曹髦遇刺，曹奂继位，司马孚进封长乐公。咸熙元年（264