宋建隆元年（960年）三月，從征潞州李筠時任行營先鋒使。次年升任侍衛馬軍都指揮使、領甯江軍（夔州，時爲後蜀轄區）節度使。乾德二年（964年）四月，率軍赴潞州守邊以防北漢侵擾。同年十一月，宋軍進攻後蜀，王全斌任西川行營前軍兵馬都部署率主力從陝西南下；劉光義任副都部署與都監曹彬率步騎 2 萬，自歸州（今湖北興山南）沿長江西上，在距夔州 30 裏處舍舟登陸，先奪城東過江浮橋，然後乘舟而上，一舉攻占江防重鎮夔州，擊破後蜀川東防禦體系的樞紐。劉廷讓軍紀嚴明，後蜀萬（今重慶萬縣）、施（今湖北恩施）、開（今重慶開縣）、忠（今忠縣）四州刺史皆迎降，劉廷讓軍遂迅速占領峽中的所有州縣。乾德三年正月，劉廷讓率軍西進至遂州（今四川遂甯），後蜀遂州知州迎降。此時，宋軍北路王全斌軍已進至成都附近，後蜀降。
同年三月，後蜀降将全師雄叛亂，迅速占領川西除成都以外的許多州縣，全師雄叛軍至成都西北新繁，劉光義率部擊敗全師雄，俘萬餘人。同年十二月宋軍平定全師雄。次年正月，劉光義以功改領鎮安軍節度使。開寶六年（973年），劉光義被罷軍職，出爲鎮甯軍節度使。
開寶九年（太平興國元年）十月，皇弟趙光義奪位，是爲宋太宗。劉光義因與趙光義同名，被賜名廷（一作庭）讓。太平興國二年五月，一批節度使被授以環衛閑職，劉光義被罷節度使改授右骁衛上将軍。雍熙三年（遼統和四年，986年）五月，宋遼岐溝關（今河涿州西南）之戰，宋軍大敗。六月，宋太宗又起用張永德等久處環衛閑職的宿将，任河北沿邊諸州知州以抗遼，劉廷讓被任爲雄州（今雄縣）知州，後移爲瀛州（今河間）都部署。同年十二月，遼聖宗率南京（今北京）留守耶律休哥（遜甯）等部入侵，劉廷讓以精兵付滄州（今滄州東南）都部署李繼隆殿後，以備緊急時進行救援，自率數萬宋軍北上抗擊遼軍，大戰于莫州（今任丘南）南，劉廷讓軍被圍于君子館（今河間北），部将桑贊率部激戰半天多，遼援軍不斷，而宋援軍李繼隆部不但不進行救援，反而南逃，桑贊遂率部先逃，先鋒雄州知州賀令圖被俘，部将、高陽關（今高陽東）部署楊重進力戰陣亡，李“繼隆退保樂壽（今獻縣），（劉）廷讓一軍皆沒，死者數萬，僅以數騎獲免”。因是李繼隆率部南逃才導緻戰敗，宋太宗沒有責罰劉廷讓。次年初，代張永德繼任雄州知州兼兵馬部署。此次戰敗的責任者李繼隆雖被逮赴中書推問，但也無罪釋放，可能引起劉廷讓的不滿，同年秋劉廷讓病，宋太宗派禦醫前往醫治，劉廷讓上表要求回京城，未等宋太宗批準即擅離治所南歸，因而被下禦史台按問，被削奪官爵配隸商州（今屬陝西）。子永德、永和亦被貶官。劉廷讓在貶途中絕食，行至華州（今華縣）死，終年 59 歲，也許宋太宗覺得對劉廷讓處分太重，“太宗念之，贈太師”。