与其子数人逃亡，逃到汉中，杨仪派遣马岱追上了魏延并且斩了他，将头颅献于杨仪，杨仪用脚践踏魏延的头颅，并且骂道，“庸奴！你还能再作恶么？”
于是，诛灭魏延三族。
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《三国志》说：原延意不北降魏而南还者，但欲除杀仪等。
元代的郝经认为，杨仪以私忿杀大将，罪浮于延。
以上为《三国志》作者陈寿本传的记载。
不过据裴注引《魏略》所记，受诸葛亮托付兵权的是魏延，杨仪因怕魏延趁机相害，所以造谣说魏延要北上投敌，并发兵攻之，然而被诬陷的魏延深恐与其战则清白难雪，所以只逃不战，最后终于被追杀。
裴松之认为此说法是在曹魏的传言，蜀汉陈寿的《三国志》比较可信。
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魏延祠位于四川绵阳市梓潼县三泉乡白雀村，西出梓潼县，沿梓潼往江油的安梓路行约15公里，就到了三泉乡白雀村，再沿村道行不多远，就看到路边的“魏延祠”石碑。沿翠柏拱卫的石梯拾阶而上，便见松柏掩映间一座仿古的建筑，这就是魏延祠。
魏延祠坐落在卧龙山千佛岩诸葛寨东长生门下东麓的井冈坪上，梓卧(梓潼--卧龙镇)公路从祠前经过，路北，魏家河蜿蜒东流。祠周，环境清幽。
魏延祠方圆十里，有很多姓氏，唯独没有姓魏的，但祠前却有一条魏家河。据当地八旬老翁回忆，魏家河河东原有魏家河庙，庙前曾有三块石碑，其中一块石碑上刻有“魏延率兵驻此”。
建兴七年(公元231年)，诸葛亮第四次率军北伐时，大军驻屯于卧龙山诸葛寨，令魏延率本部兵马驻今魏家河南井冈坪，成掎角之势以作策应，这跟诸葛亮用兵谨慎相符。
据说，当时天气酷热难耐，魏延发现一片山林有大群的鸟不断聚集，决定在那里驻屯。
由于有鸟粪接连不断地落下，官兵们只有在离开树林一点的地方烧饭。可是，却没找到水源。大群的麻雀聚集在魏延部队的上面，感到吃惊的士兵们计划轰走麻雀。
魏延也看到了大群的麻雀，但是，他在其中发现了一只白麻雀并被这只白麻雀所吸引。
他追着这只白麻雀到了一处岩石场，忽然，白麻雀奇迹般地在岩石的裂口里消失了。
魏延感到十分惊奇，他试着推动岩石，不料，岩石轰然崩塌，泉水喷涌而出。
原来，岩石下是一股地下水。官兵们找到了烧饭洗浴的水源
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