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张嶷在南中呆整整十五年，郡泰民安。公元251年，朝廷征召张嶷前往成都为臣。当地民夷得知此消息，无不难受。过旌牛邑时，邑内大小头目一直追随张嶷到蜀都，为了能和张嶷在一起，他们不肯返回，坚决要求加入张嶷的军队。张嶷感动于他们的诚意纳之。到达成都不久，张嶷即被授任荡寇将军，统领无当飞军。
无当飞军是蜀汉的一支劲旅。它起源于诸葛亮征服南中之后。《华阳国志》记载诸葛亮移"南中劲卒，青羌万余家于蜀，为五部，所当无前，号为飞军。无当飞军的第一任统帅是王平。
公元254年，曹魏少数民族地方官员李简密书请降蜀汉。于是蜀汉大将军姜维率领张嶷等挥师北伐。而此时患有风湿的张嶷，身体虚弱到已经不能走动，只能柱杖站立，有人提议留张嶷于后方疗养，但张嶷执意跟随大军。出发之前，张嶷向后主上书道："如果此伐取得凉州，臣愿意担任藩镇守将；如果不能报捷，只好牺牲自己以作报答。"史载，后主刘禅边看此信边流热泪。不久，张嶷与魏将徐质交战时，因寡不敌众战死。越巂郡民众获此恶噩，专为张嶷立庙祭祀。朝廷则封其长子张瑛为西乡侯，次子张护雄继承爵位。
张嶷十分讲究"预则立，不预则废"的原理。有几则轶事可窥。一次他在拜见大将军费祎时，发现费祎这人博爱通达，无有官架，且对新降之人不予设防。对此张嶷深感不安，回到本部营地后，专门写信给费祎，提醒他："昔日岑彭为大将，却被刺客所害。现在你是大将军，位尊权重，应以前人为鉴，多加防范。"但费祎认为，礼贤下士总是至理，一如既往亲近降卒。不料后来果然被魏国降人郭循刺杀。
蜀汉侍中诸葛瞻，既是诸葛亮之子，亦是东吴太傅诸葛恪的堂弟。诸葛恪在"东兴大捷"后，兴师劳众，准备大举进攻魏国。张嶷写信给诸葛瞻，希望他劝谏他的堂兄：如此不顾国本大肆用兵，对己造成的危厄极大，而且新皇帝上任不久，作为顾命大臣，不宜离皇上太远，否则同样会惹大祸。后来诸葛恪果然被夷三族。
张嶷从越雟郡至朝中任职期间，一次与曹魏降将夏侯霸邂逅，夏侯霜与张嶷交谈后，大为感佩张嶷人品，说："虽然与你初次相识，但是将心交给你，就像交给老朋友一样，你应该明白我的意思吧？"
张嶷不卑不亢地答道："我不知道你，你也不知道我，大道在你这里，你怎么能说托心呢？希望三年之后再说这话，让时间证明吧。"当时的有识之士，将张嶷与夏侯霸之间的这次交流