西演武练兵，并改善魏国与当地少数民族的关系，得到少数民族的拥戴。 同年，夏侯霸代替夏侯儒担任征蜀护军，属于征西将军所统率。
正始八年（公元二百四十七年），魏国的陇西、南安、金城、西平等地诸羌人首领饿何、烧戈、伐同、蛾遮塞等联合起来反叛魏国，包围城镇并投降蜀汉，蜀汉将领姜维出兵陇右来接应他们，凉州胡人首领治无戴也呼应反叛。夏侯霸当时率诸军屯兵在为翅，而与夏侯霸不和的雍州刺史、前将军郭淮料定姜维必然攻打夏侯霸，于是先进入沨中再转兵向南，借机让夏侯霸做挡箭牌，去抵挡姜维的进攻，姜维也恰如郭淮所料率军猛攻在为翅的夏侯霸所部。交战不久后，郭淮才率部南下接应夏侯霸，与夏侯霸在洮西和姜维展开战斗，将姜维击退。
正始九年（公元二百四十八年），姜维为接应治无戴再次出军北侵，郭淮为了不使蜀军和胡兵合拢一处，于是派谴夏侯霸率军追击姜维于沓中，夏侯霸成功地阻碍了蜀胡合兵。
嘉平元年（公元二百四十九年），司马懿发动政变，杀原来执掌魏国大权的大将军曹爽，曹爽的表弟、夏侯霸堂侄征西将军夏侯玄被司马懿从前线召回京城，让郭淮代替他的职位。
夏侯霸平素与郭淮面和心不和，认为此番必然祸害及身，十分害怕，于是干脆计划叛逃进入蜀汉 ，不料在阴平迷失道路，粮尽遇困于深山。
蜀汉得知后，派人迎接夏侯霸。曾经，夏侯霸的堂妹夏侯氏外出打柴时，被蜀汉重臣张飞发现，张飞娶其为妻，生下的女儿成为了后主刘禅的皇后。所以召见夏侯霸时，刘禅宽慰他说：“你的父亲是英勇殁于阵中，并不是我的前辈将军杀死的。”又指着自己的儿子说：“这也是夏侯氏的子侄。”夏侯霸于是在蜀汉得到重用 ，被任命为车骑将军。
因为夏侯渊以前的功勋，夏侯霸留在魏国的儿子受到特赦，未被追究父亲投敌之罪，但被迁徙到偏远的乐浪郡（今朝鲜平壤）。
夏侯霸投降蜀汉后，蜀汉主将姜维询问夏侯霸说：“司马懿既已把持魏国朝政，你看他会不会有征伐别国的企图？”夏侯霸说：“他正在经营整理内部事务，还顾不上对外征伐。但有一个叫钟会的人，年纪虽轻，如果管理朝政，将是吴、蜀两国的忧患。”
此后夏侯霸曾多次参与姜维对魏国的战事。魏国秉政的司马师病逝，姜维借机与夏侯霸、征西大将军张翼等率领数万人出狄道，分兵三路北伐魏国，在洮西大败魏国雍州刺史王经，王经部众阵亡数万人，退守狄道城，姜维
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