之后廖化诈死骗过人们，带着母亲昼夜赶路西行，回到刘备阵营；此时刘备率军东征（见夷陵之战），与廖化在秭归相遇，刘备见到廖化时大悦，任命为宜都太守，其后又任命廖化为别督，随大军驻扎于夷陵界，最终刘备被吴将陆逊打败而结束此役。建兴元年（223年），丞相诸葛亮开府，举蒋琬为茂才，蒋琬坚持推让给刘邕、阴化、庞延、廖化。廖化出任丞相参军，随诸葛亮北伐。建兴七年（229年），诸葛亮平定武都、阴平二郡。后令廖化督广武，领阴平太守。延熙元年（238年）九月，廖化率兵攻打魏国守善羌侯宕蕈驻守的营寨，魏雍州刺史郭淮