Tháng 11 năm 2006, Tiết Diên Trung được bổ nhiệm làm Phó Bí thư Ban Cán sự Đảng Chính phủ nhân dân tỉnh Sơn Tây, Phó Tỉnh trưởng Chính phủ nhân dân tỉnh Sơn Tây, chủ trì công tác thường vụ kiêm Ủy viên Ban Thường vụ Tỉnh ủy Sơn Tây. Tháng 5 năm 2007, ông kiêm nhiệm chức vụ Viện trưởng Học viện Hành chính tỉnh Sơn Tây. Ngày 21 tháng 10 năm 2007, tại Đại hội Đảng Cộng sản Trung Quốc lần thứ 17, ông được bầu lại là Ủy viên dự khuyết Ban Chấp hành Trung ương Đảng Cộng sản Trung Quốc khóa XVII.