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廷，然孝武帝此时却忧心江东，故意派延孙为冠军将军、吴兴太守，置佐吏。平定后，延孙受征为尚书右仆射，领徐州大中正，并派往荆州治所江陵对荆州官民进行判决，作出诛杀或赏赐。孝建二年（455年），延孙外任南兖州刺史，加散骑常侍