公元249年，司马伦被封为安乐亭侯。五等制建立后，改封为东安子，拜谏议大夫。晋武帝司马炎即位，封他为琅琊王。
因让散骑将刘缉收买工所的人打算盗窃御裘坐罪，廷尉杜友以法断刘缉弃市，司马伦应与刘缉同罪。有司奏司马伦爵位重又是亲属，不能连坐。谏议大夫刘毅反驳说：“王法赏罚，不论贵贱，然后才可以使礼制齐一刑典显明。
司马伦明知御裘不同寻常，却不明白地告诉手下，本与刘缉同罪，可以按亲属和地位酌量减罪，而不能置而不问。应该按法律折中，如杜友所说。”晋武帝认为刘毅说的对，然而司马伦是自己亲叔父，所以下诏赦免了他。等到了封国，任东中郎将、宣威将军。
公元275年―279年，改封为赵王，升为平北将军、都督邺城守事，后进安北将军。
公元291年，迁为征西将军、开府仪同三司，镇守关中。司马伦刑赏不公，引致氐族、羌族反叛，于是被征召回京。不久，拜车骑将军、太子太傅，深度接交皇后贾南风及贾母郭槐，谄媚侍奉中宫，为贾后所亲信。要求任录尚书事，张华、裴頠坚决不同意。又要求当尚书令，张华、裴頠又不同意。
公元299年，愍怀太子司马遹遭贾后陷害而被废黜太子之位。司马遹被废后，让司马伦领右军将军。
公元300年，当时的左卫司马督司马雅以及常从督许超，都曾侍奉东宫太子，二人为太子无罪被废而感伤，便与殿中中郎士猗等商量废贾后，复太子之位，因张华、裴頠不愿废贾后之志难改，难以与他们图谋，司马伦执掌重要的兵权，性情又贪功冒进，可借他的力量成事，便劝说司马伦宠幸的臣子孙秀道：“中宫贾后凶狠嫉妒无道，与贾谧等人一起废了太子。现在国家没有嫡系继嗣，社稷危险，大臣将会起事。而你名义上侍奉中宫，与贾后、郭氏亲善，太子被废，都说你们参与了此事，一旦另起事端，灾祸一定会牵连到你们。为何不事先谋划一下呢？”