小说《三国演义》第一百零四回，诸葛亮在五丈原病笃，孔明坐在小车上，强撑着巡视蜀军大营。诸葛亮自知时日无多，于是招来丞相府长史杨仪，向其授计，并称“王平、廖化、张嶷、张翼、吴懿等人皆忠义之士，可堪大用”。后世人将这五人称为蜀汉后期的五虎将，但很多读者表示，他们都听过这样一句话，名为“蜀中无大将，廖化作先锋”，这不是说明蜀汉后期无人可用，老迈平庸的廖化都可以当先锋官、率兵打仗了么？
《三国演义》中的廖化，出身于黄巾余部，在关羽千里走单骑的故事中登场。当时廖化和杜远啸聚山林，平时打家劫舍。结果，杜远将刘备的两个夫人劫掠上山，廖化得知是刘皇叔的妻妾，想要将她们放还，但光棍杜远想要跟廖化平分二女，不听从廖化的命令，结果被廖化所杀。
廖化仰慕关二爷忠义无双，将皇嫂送还的同时，想要追随关羽。但关羽看到廖化轻易杀掉自己的伙伴，不讲义气；廖化出身黄巾军，关羽认为其匪气尚在，害怕带在身边发生变乱，于是拒绝廖化的追随。
知道刘备夺取西川，自立汉中王的时候，廖化领兵投奔，被刘备派往荆州，命其在关羽帐下效力。关羽北伐襄樊，水淹七军的时候，廖化在身边追随，担任大军的先锋官。当得知，吕蒙白衣渡江，奇袭荆州的时候，廖化被关羽派往上庸，向刘封求救，但刘封不愿出兵，廖化前往成都，因此幸免于难。
小说中，刘备伐吴报仇的时候，廖化跟随刘备东征。在诸葛亮北伐的时候，廖化担任先锋，司马懿看到蜀军的木牛流马，于是下令仿造，结果运料队遭到蜀军偷袭。司马懿带兵救援，半路上被张翼和廖化拦截，混战中，廖化险些斩了司马懿，司马懿在逃跑时，故意在小道丢下头盔，金蝉脱壳。廖化夺得司马懿的头盔，被诸葛亮录为首功，魏延回营后，口出怨言。?
首先，正史上的廖化，并非出身于黄巾余孽，而是出身于荆襄士族集团。廖化本名廖淳，字元俭，是襄阳郡中卢县人氏，出身于豪门世族大家。廖化出仕刘备，成为前将军关羽军中的主簿，关羽被害后，投降的廖化归顺东吴。但是廖化心向刘备，所以在没多久，便在家中装病去世。
廖化的演技，骗过了孙权的耳目，飘过了同僚和乡邻。风声过后，廖化带着老母，前往西川，投奔刘备。结果廖化行至秭归，遇到刘备的东征大军，刘备见到廖化“身在东吴心在汉”，非常高兴，任命廖化担任宜都郡太守，又让他给他一支军队，担任别督，拱卫刘备的主营。
结果在夷陵之战，刘备军被陆逊打败，但被幸运女神青睐的廖化，再次生还，跟随刘备撤回川中。223年，刘禅即位，对群臣加官进爵，廖化被任命为丞相府参军，并担任广武都督，阴平郡太守。廖化文武双全，当时益州牧诸葛亮推举茂才，蒋琬本是最合适的人选，但是蒋琬将这个名额推让给庞延和廖化、刘邕、阴化等人。
238年，大将军蒋琬率大军，从成都前往蜀汉的北大门汉中驻防。同年九月，廖化率兵主动出击，雍州刺史郭淮派遣广魏郡太守王赟、南安郡太守游奕围攻廖化。廖化看出魏军的弱点，将敌人各个击破，王赟中箭身亡，游奕领残兵撤军。廖化跟随卫将军姜维，多次北伐，但收效甚微。
259年，廖化升任右车骑将军，假节钺，兼领并州刺史，封爵中乡侯，跟左车骑将军张翼并列，地位在老将镇军大将军宗预之上。作为元戎宿将，当时人将王平、句扶、廖化、张翼并列为四大名将（时人语曰：“前有王、句，后有张、廖”）。
公元262年十月，姜维第十一次北伐中原，廖化认为蜀国跟魏国相比，国弱民乏，姜维穷兵黩武，不知节制，时间长了对蜀国无益。果不其然，当月姜维便被邓艾击败，退守沓中。
