到了建安二十四年（即公元219年），刘备和曹操在汉中进行决战。这个时候王平又投靠了刘备。关于王平投降的动机比较费解，毕竟曹操的实力比刘备还是强很多的。或许是因为王平思念故乡，不想在北方混了，要知道古代人是有很浓重的乡土情怀的；或许是王平在曹操集团中不受重用，毕竟曹操家大业大，王平第一是降将，第二缺少资历，第三文化水平不高，认识不到十个字，不会受到曹操的重视，上升空间比较小；又或许是因为曹操在"汉中之战"中呈现出颓势，或者王平本人在战斗中陷入不利，不得已投降。总而言之，王平投降了刘备，被刘备任命为牙门将、裨将军。
在诸葛亮一伐时脱颖而出
王平投降刘备后，也没有受到太多重视，直到诸葛亮一伐的时候。诸葛亮第一次北伐时，曹魏根本没有太多准备，让蜀汉打了一个措手不及。曹真被赵云的疑兵牵制在关中地区，诸葛亮兵出祁山，一时三郡投降，陇右震动。魏明帝曹睿令张颌支援陇右，诸葛亮派马谡镇守在街亭，堵塞张颌的道路，为自己争取时间。
