廖化担任参军，主要职责是参与军事行动的组织和策划，相比当年在荆州担任关羽的随军文职人员，他现在可以直接接触军机要务，无论地位还是职能都提高了不少。
有人质疑：诸葛亮与廖化非亲非故，为何如此重用他？
很简单，刘备新亡，蜀中人心不稳，特别是旧人与新人，暗地里的争斗非常厉害，为平衡两方，诸葛亮不得不从两派人员中挑选出精明强干者，委以重任，“新人”这边主要以荆州旧部为主，比如蒋琬、马谡、廖化；旧人则是益州土生土长的官吏，比如黄权、李严、刘巴。
也许我们可以换种说法，正是出现这样一个“不拘一格降人材”的机会，廖化的人生顺势走上了“小康之路”。
不过这条“小康之路”也并非一路顺风，廖化从出发（任职）到上道（独挡一面），耗上了至少15年的时间成本。在商人看来，时间成本是所有成本中最舍不得却又必须消耗的，廖化不是商人，他只是以“忠义”二字进行家国传承，这种形而上的东西恰好就需要时间来累积。
《三国演义》安排廖化在诸葛亮一出祁山点兵的时候出场，职务是副将、飞卫将军，在所有33员将领中排名第七，在平北将军、陈仓侯马岱之后；右军领兵使、奋威将军、博阳亭侯马忠之前，考虑到关兴、张苞排列末位，估计这个名单是按照资历和功劳来排列的，廖化，论功劳并不显赫，却重在有资历，秉持“忠义”，精神可嘉，飞卫将军一职，更多的是一种精神鼓励。
廖化在诸葛亮历次北伐中的表现，正史远不如演义精彩，估计也就是处理一些日常军务，或者配合出兵。演义小说中讲述六出祁山时，廖化大败司马懿，取得金盔，纯属子虚乌有。因为按照廖化当时的军阶，不可能安排他独自领兵。
直到蜀汉延熙元年（公元238年，诸葛亮逝世后四年）九月，担任阴平太守的廖化，才有了一次很精彩的露脸：当时，廖化起兵攻打归附曹魏的善羌（羌人的一支）部落，曹魏雍州刺史郭淮派广魏太守王赟、南安太守游奕救援。出兵前，郭淮志得意满，认为王、游两将只需兵分两路沿着山路两边设伏，就一定能破敌。魏主曹睿有不同意见，认为己方的兵力并不占优势，却要分散力量，不可取。于是他下诏督促郭淮让王、游二将以守为上，诏书还没送到，游奕所部就被廖化击破，王赟则中冷箭阵亡。这一仗，廖化用兵神速，攻其不备，已不能用“粗通军事”来形容，或许跟随诸葛亮多年，耳濡目染，功力大增。
此后的延熙元年（公元248年），因为盘踞在凉州一带羌胡首领治无戴叛曹魏而降蜀汉，姜维出兵援手，让依旧是阴平太守的廖化在成重山修筑城堡，收纳羌人的散兵，自己则向西联合羌兵。郭淮率军追来，又想兵分两路，手下将领认为：，一旦兵分两路，我方定会削弱兵力，不如集中兵力一起向西攻姜维，乘他尚未与成重山的廖化成犄角之势，正可各个击破。郭淮则不以为然：“如果单攻廖化，可以出其不意，让姜维有所顾忌；等姜维回来，廖化已被平定，蜀军疲于奔命，则不难击败；至于羌人，草芥耳！这才是一举三得的妙计！于是，郭淮让夏侯霸在西面负责牵制姜维，自己则率大军强攻成重山。不出郭淮所料，这一次，蜀军大败。（以上史料均见《三国志?郭淮传》）
在成重山一战比较困难的时候，廖化顶住压力，收纳了不少羌人，甚至帮助治无戴本人安全逃脱魏军的追击，也算遗憾中的收获。不过这次败仗多多少少让廖化的军事能力停留在了中级的水准。
蜀汉景耀二年（公元259年），廖化升任右车骑将军，假节，领并州刺史，封中乡侯，个人荣誉到达顶峰。这个时候，廖化年逾七十。
人都说“七十古来稀”，廖化却活得倍儿精神，心里通透至极，他逐渐明白蜀国要单单依靠自己，年年讨伐曹魏来完成“兴复汉室”的大业，几乎不可能。因此在景耀五年（公元262年）姜维出兵攻打洮阳，也就是常说的“九伐中原”的前夕，廖化很真诚地找姜维谈话：“打仗这件事呢，就像玩火，玩过了头，必自焚。”姜维不理他还则罢了，这一次干脆不带老头玩儿了，廖化很郁闷，私下里发牢骚：“现在蜀军在智谋上不比魏军强，军事力量还比对方弱，依然不厌其烦地年年用兵，这怎么能指望国家统治稳固呢？《诗经》上说：‘我生得不早不晚，偏偏赶上这个倒霉时候’，说得就是当下的事啊。”——廖化还很有文化，一张口就是《诗经》里《小雅?正月》的句子：“不自我先，不自我后”，原意是百姓诅咒无道的周幽王：“为啥我这么倒霉，不早不晚偏偏生在这个时代？”（以上史实可见习凿齿所著《汉晋春秋》）
其实，早在上一年，诸葛亮的儿子诸葛瞻开始主持蜀国军政事务时，廖化就发觉自己已经“被退休”了。当时，廖化曾经想和老臣宗预一起到诸葛瞻家去拜访，宗预劝他：你我都是七十多岁的人了，活够本了，现在就等一死，还去凑这个热闹干啥？”（见《三国志?宗预传》）
年在桑榆间，影响不能追。廖化还有什么可期待的？
公元263年，魏将邓艾、钟会联手发动了灭蜀之战，蜀国实在派不出人了，廖化只好发挥余热，去到沓中增援姜维，然后一同退守剑阁。不久，邓艾偷渡阴平，插到蜀国的后路，直逼CD，廖化与姜维回兵解围，在半路上得到了刘禅投降的消息。
蜀国完了，廖化的使命也到了头，他选择了投降，选择回到少年时的状态：沉默、潜伏，完成了一个生命的轮回，不久，在迁往洛阳的路途中孤独地死去。
纵观三国这段历史，廖化一生最缺少的就是能拿得出手的业绩，表现只能说中规中矩，但他对蜀汉忠贞不二，效仿“偶像”关羽，义字当先，在一些细节问题中能合理地运用智谋（比如从荆州逃亡归蜀，比如援救善羌部落的一战），我们称其为“潜伏着的大将”，或许更为合理。
陈寿在《三国志》里评价廖化“以果烈称”，果敢、刚烈四字，廖化当之无愧。