镇守西川接着他回到四川，孟知祥即帝位后亦任命他为中书舍人。广政十二年（949年），欧阳回除授翰林学士，次年（950年）负责主持科举、判太常寺，迁任礼部侍郎、领陵州刺史，转任吏部侍郎、加承旨。广政二十四年（961年），后蜀后主孟昶拜欧阳回为门下侍郎兼户部尚书、同平章事，监修编写国史。他模仿白居易创作五十篇讽諌诗献给孟昶，孟昶就赐给他银器和丝织品；到宋朝灭后蜀，他出任右散骑常侍，不久充任翰林学士，再转任左散骑常侍。宋太祖赵匡胤平定南汉，商议派欧阳回祭祀南海，但他听到却称病不肯去，赵匡胤知道后很生气，罢免了他