魏延当即大怒，“率所领径先南归，所过烧绝阁道”，趁着杨仪行军迟缓，抢先一步，并且烧了所过之处的所有阁道。魏延的意图很明确，因杨仪掌握了全军的统帅大权，故无法与之较量，所以只能赶回成都，向后主奏告事情原委。杨仪也不甘落后，于是二人都向刘禅上表，皆称对方“叛逆”，双方的表书在同一天交到刘禅手中。毫无主见的刘禅不知孰是孰非，就询问蒋琬和董允。蒋、董都是诸葛亮的心腹，加之魏延与同僚关系一向不好，因而二人都偏向杨仪。于是刘禅命令蒋琬率军去讨伐魏延，但不等蒋琬兵至，魏延已被杨仪所杀，原因是他拒守南谷口，与赶上来的杨仪对战。
魏延为何不赶回成都，而要在南谷口以弱势兵力对抗杨仪呢?大概是他已经得到刘禅派蒋琬前来讨伐的消息，他知道自己已没有机会进入成都，向后主辨明事实真相了，于是只好回身与杨仪一拼。
此时形势对魏延本就极为不利，又被当初接替他固守汉中的王平临阵一顿叫骂：“公亡，身尚未寒，汝辈何敢乃尔。”魏延所部立刻军心动摇，“众知曲在延”(军士们知道错在魏延)，于是都不愿为他卖命，全都散了。其实，所谓“曲在延”只不过是表象，试想，当兵的怎会知道上层斗争的内幕，他们只知服从刘禅和诸葛亮的命令。既然皇帝和宰相都站在杨仪这一边，认为魏延反叛，当兵的因此反水，也是正常的事。
手下将士皆散，魏延无奈，只得与其子数人向汉中逃亡，杨仪派遣马岱追斩之。当魏延的首级送到杨仪面前时，杨仪用脚踩着魏延的脑袋，嘲笑说：“庸奴，看你还能再做恶吗?”之后杨仪又“夷延三族”(见《三国志·魏延传》)。一代名将魏延，没有死于对敌战争，也丝毫看不出有任何反叛之心，却被诬以“反骨”，身死族灭，可叹可惜可泣。
魏延之死虽然与诸葛亮多年的打击和排斥，以及杨仪、费祎等人的嫉恨有关，但是，魏延本人在这场突发事件中的处置也有失宜之处，他不该轻信费祎，也不应在退军途中烧毁主力部队回归的阁道，给人以谋反的把柄，更不该据南谷口，以数千之众去对抗杨仪的十万大军。这完全是以卵击石，自不量力。
具有讽刺意味的是，魏延的冤家对头杨仪反倒似乎长有反骨。杨仪诛杀魏延后，自以为功勋至伟，代替诸葛亮者非己莫属。岂知诸葛亮生前早就安排蒋琬作继承人了，后主仅给杨仪一个虚衔。于是杨仪口出怨言：“当年丞相刚死之际，我如果举军投奔曹魏，怎么可能落到如此地步呢，真是追悔莫及啊!”费祎将此“大逆不道”之言密报后主，结果杨仪被废为庶民。杨仪不知悔改，“复上书诽谤”，结果入狱，而后自杀。杨仪之死固然有咎由自取的成分，但毕竟也甚为可惜，因为他也是一个不可多得的人才。怪只怪诸葛亮生前用人不当，又不能协调好部属的关系，死后导致蜀汉政权的这场内讧，这对人才资源匮乏的蜀汉来说更是雪上加霜，加快了蜀汉的衰落。
