不久转为使持节、监雍梁南北秦四州郢州之竟陵随二郡诸军事、镇军将军、宁蛮校尉、雍州刺史，延孙因病不行，孝武帝就留他为侍中、护军将军，领徐州大中正。大明元年（457年），刘延孙获除金紫光禄大夫，领太子詹事及徐州大中正。同年孝武帝将他猜忌的南徐州刺史竟陵王刘诞调任南兖州刺史，改镇江北的广陵，改以延孙为南徐州刺史，出镇京口以作防备。宋武帝遗诏京口重地，与建康邻近而不可授予宗室近戚以外的人。彭城郡本有四家刘氏，彭城县中刘宋皇室出自绥舆里，与刘怀肃家的安上里及刘怀武的丛亭里分属三里，而延孙家更是在吕县，虽然同样自称