建安十五年（210年），曹操大败关中联军后，把原来在韩遂、马超手下当兵的五千多人，交给平难将军殷署等人统领。期间羌人多次前来侵扰，关中护军赵俨率领殷署等一直追到新平，大败羌人。当时有个被招募来屯田的外地农民吕并自称将军，聚集党羽抢占陈仓，殷署又随赵俨将叛军全部消灭。

当时朝廷下令命赵俨派遣一千二百名士兵前往汉中协助驻守，赵俨便让殷署负责监督护送。被选中的士兵不忍和自己的家人分离，个个愁容满面。殷署带兵出发刚走一天，赵俨担心士兵有变，亲自追到斜谷口，挨个慰劳士兵，又再三叮嘱告诫殷署，然后才返回。殷署带兵行至四十里时，士兵果然叛乱，殷署一时间也不知去向，吉凶未卜。不久，赵俨平息叛乱。

建安二十四年（219年），汉水流域因为天降暴雨而发生了“汉水溢流，害民人”的自然灾害。关羽趁机乘大船进攻，擒于禁、斩庞德，又在樊城包围曹仁。殷署与朱盖等人奉命跟随徐晃救援曹仁，最终解除樊城之围。