劉備到蜀後駐軍在葭萌，龐統向劉備建議說︰「現在，應暗中挑選精兵，晝夜不停地兼程趕路，直接襲擊成都，劉璋既不懂軍事，又一向沒有預備，大軍突然到達，可以一舉平定，這是上策。楊懷、高沛都是劉璋部下的名將，各領強兵，據守關頭，听說他們多次上書，勸劉璋把將軍送回荊州。將軍派人去告訴他們，說荊州有緊急情況，您打算回軍救援，並讓人打點行裝，表面上作出要回去的樣子。這兩個人既佩服將軍的英名，又高興將軍離去，我想他們一定會輕裝騎馬來見將軍。乘機把他們捉住，吞並他們的部隊，再向成都進軍，這是中策。退回白帝城，與荊州力量聯合在一起，再慢慢策劃進取益州的辦法，這是下策。如果遲疑著不離去，將會陷入嚴重困境，不能再耽誤了。」劉備同意采用龐統的中策。
等到曹*進攻孫權，孫權要求劉備回軍援救。劉備寫信給劉璋，說︰「孫權和我本是唇齒的相依，而關羽兵力薄弱，現在不在援救，曹*就一定奪取荊州，進而侵犯益州邊界，這遠比張魯更值得擔心。張魯是個只求自保的賊寇，不足以使人憂慮。」乘機要求劉璋給他增撥一萬名士兵和軍用物資，劉璋只允許撥給四千人，軍用物資也都只給一半。劉備就以此為借口，激怒他部下的將士說︰「我們為益州討伐強敵，士卒勞苦，而劉璋卻愛惜財物，如此吝嗇，怎麼能使士大夫為他死戰呢！」張松寫信給劉備和法正說︰「現在，大事馬上就可完成，怎麼能放棄這里離去呢？」張松的哥哥、廣漢郡太守張肅知道張松的密謀後，恐怕禍事會連累自己，就告發了張松的陰謀。于是劉璋逮捕張松，把他處斬，同時，向各關口要塞守將發布文書，命令他們都不要再與劉備往來。劉備大怒，召見劉璋部下的白水軍督楊懷、高沛，責備他們對客人無禮，把這兩人處斬。劉備率領軍隊直接進駐關頭，吞並了楊懷、高沛的部隊。繼續進軍，佔領涪城。（如此時機精明的劉備豈會錯過，曹*也是，平定關中正是一舉入蜀的絕好時機，去打什麼吳國啊，結果讓劉備漁翁得利）
益州從事、廣漢人鄭度听到劉備起兵的消息，對劉璋說︰「左將軍劉備孤軍深入，遠道來襲，他部下士兵不到一萬人，而且將士並未全心歸附他，軍隊又沒有輜重，只能靠搶掠田野的莊稼為食。因此，最好的辦法是把巴西與梓潼境內的百姓全部驅趕到內水、涪水以西，把巴西與梓潼倉庫中的糧食物資以及田野里的莊稼全部燒掉，咱們高壘深溝，靜待變化。劉備率軍前來挑戰，咱們堅守不出。他們無處搶掠糧草，不過一百天，必然會自動撤退，等他們後退時咱們再出擊，一定可以捉到劉備。」劉備听到消息後，十分憂慮，向法正詢問對策，法正說︰「劉璋最終不會采用鄭度的計策，您不必擔心。」劉璋果然對部下說︰「我听說過抵抗敵人以保護百姓；從未听說要遷徙百姓來躲避敵人的。」不用鄭度的計策。
劉璋派部將劉、冷苞、張任、鄧賢、吳懿等抵抗劉備，都被擊敗，退守綿竹，吳懿向劉備大軍投降。劉璋又派護軍南陽人李嚴、江夏人費觀統帥駐在綿竹的各路軍馬，但李嚴、費觀也率領自己的部下向劉備投降。劉備軍隊的勢力更加強大，分派部下將領去佔領周圍各縣。劉、張任與劉璋的兒子劉循退守雒城，劉備進軍把雒城圍住。張任率軍出城，在雁橋與劉備軍大戰，張任軍戰敗，張任戰死。
到了建安十九年（公元214年）諸葛亮為配合劉備，留關羽留守荊州，與張飛、越雲率兵溯長江而上，攻克巴東。至江州，打敗並生擒了巴郡太守嚴顏。張飛呵斥嚴顏︰「我大軍已到，你為什麼不投降，而敢率軍頑抗！」嚴顏說︰「你們無理奪取我江州，江州只有斷頭將軍，沒有投降將軍！」張飛大怒，命令左右部屬把嚴顏拉出去斬首。嚴顏形容舉止不變，說︰「砍頭便砍頭，發什麼火！」張飛佩服嚴顏的膽魄，將他釋放，並讓他做自己的賓客。諸葛亮派遣趙雲經外水出兵平定江陽、犍為，派張飛平定巴西、德陽。
劉備圍攻雒城近一年，龐統被流矢射中而死。法正寫信給劉璋，分析了形勢強弱，並說︰「左將軍劉備起兵後，對您仍有舊情，實際上沒有惡意。我認為您應改變態度，以保住家門的尊貴。」劉璋未予答復。劉備攻破雒城，進而包圍了成都。諸葛亮、張飛、趙去也率兵前來會合。（所以鳳雛是被流矢射中而死，張任在建安十八年就戰死了）
劉備包圍成都數十天，派從事中郎涿郡人簡雍進城勸降劉璋。此時城中還有精兵三萬人，糧食和絲帛可以支持一年，官吏和百姓都願死戰到底。劉璋說︰「我們父子統領益州二十余年，對百姓沒有什麼恩德。百姓苦戰三年，暴尸荒野，實在是因為我劉璋的緣故，我怎能安心！」因此命令打開城門，和簡雍同乘一輛車出來投降，部屬無不傷心落淚。劉備把劉璋安置在公安這個地方，歸還他的全部財物，讓他佩帶振威將軍印綬。
自此，劉備佔領了蜀郡。