之后，迁镇东大将军，镇守许昌，进爵南阳王。永嘉初年，转征西大将军、开府、都督秦雍梁益诸军事，代河间王司马颙镇守关中。东海王司马越征司马模为司空，遣中书监傅祗代替镇守关中。司马模谋臣淳于定建议司马模继续留守长安，和哥哥司马越一个在内、一个在外，遣世子司马保为西中郎将、东羌校尉，镇守上邽，司马越进司马模进位太尉、大都督。311年，永嘉之乱，镇守蒲坂的牙门赵染，求冯翊太守不得，率众投降刘聪。刘聪派其子刘粲和赵染攻长安，司马模派淳于定抵御，被赵染击败。司马模投降赵染。赵染坐在那里数落司马模的罪行，送到刘粲处