见刘备，刘备承诺礼待刘璋及好好安置他，最后刘璋决定开城投降。刘备入主益州后，任命张裔为巴郡太守，后又任命为司金中郎将，负责制作农战的器具。益州郡发生叛乱，太守正昂被杀，耆帅雍闿叛蜀附吴。此时蜀汉政府任命张裔为益州太守，张裔亦奉命上任。雍闿就将张裔送至东吴。刘备死后，诸葛亮奉遗命主政，并派邓芝到东吴重修吴蜀关系，并且要求归还张裔。孙权当时未知张裔，于是答应。临行前孙权和张裔谈话，孙权大为赏识，他乘船走后，孙权后悔并派人追他，但张裔已入蜀汉境内。回蜀汉后，诸葛亮命他为参军，署丞相府事，又领益州治中从事。