法正向劉備建議說︰「曹*一舉收降了張魯，佔據漢中，不借助這個有利時機進攻巴、蜀兩地，卻留夏侯淵、張駐守漢中，自己急速北返，這樣做並非是他才智不夠，而是力量不足，必將有內憂的緣故。如今估計夏侯淵、張的才能，不及我們的將領，現在舉兵進攻，一定可以取勝。奪取漢中後，廣開農田，積蓄糧草，等待有可乘之機。搞得好，可以將曹*徹底擊敗，恢復皇室的權威；次之，可以蠶食雍、涼二州，拓展我們的疆土；最次，也可以據險固守，與曹*長期對峙。這是上天的賜與，時機不可喪失。」劉備贊同法正的策略，于是率領進軍漢中，派張飛、馬超、吳蘭等駐軍下辨。魏王曹*派都護將軍曹洪拒敵。
建安二十三年（戊戌，公元218年）曹洪將要攻擊吳蘭，而張飛駐軍固山，聲稱要切斷曹軍的後路。曹洪和將領們商議，猶豫不決。騎都尉曹休說︰「張飛等人若確實要切斷我軍後路，應該派軍隊隱蔽行軍，而現在卻先大造聲勢，而實際上做不到，這是很清楚的。我軍應該敵人尚未集結，迅速攻擊吳蘭，吳蘭被擊敗，張飛自然退走。」曹洪听從了這一建議，進軍擊敗吳蘭軍，斬殺吳蘭。三月，張飛、馬超撤退。曹休是魏王曹*的同族子佷輩。
劉備駐軍陽平關，曹軍夏侯淵、張頜、徐晃等與他對峙。劉務派部下將領陳式等人去切斷馬鳴閣的道路，被徐晃打敗。張駐守在廣石，劉備攻打不下來，急發文書調集益州軍隊。諸葛亮問從事、犍為人楊洪應如何處理此事，楊洪說︰「漢中是益州的咽喉，存亡的關鍵，如失去漢中，就沒有蜀了，這是家門前的禍患，對發兵有什麼疑問！」當時蜀郡太守法正跟隨劉備到了北方，諸葛亮于是上表請求由楊洪代理蜀郡太守。楊洪將各項政務全都辦理妥當，于是獲得正式任命。
從前，犍為太守李嚴曾任命楊洪為功曹，李嚴未離開犍為，而楊洪已做了蜀郡太守。楊洪推薦自己門下的書佐何祗，稱他有才干；楊洪仍在蜀郡，而何祗已經做了廣漢太守。因此，西土人士都佩服諸葛亮，能夠充分利用當時的人才。
南陽的官吏和百姓飽受徭役之苦。冬季，十月，宛城守將侯音反叛。南陽太守東里與功曹應余奮力逃了出來，侯音派人騎也追擊，亂箭齊發，應余用身體掩護東里，受傷七處而死。侯音的騎兵抓住東里，帶了回去。此時，征南將軍曹仁駐軍樊城，以威懾荊州，魏王曹*命曹仁回來討伐侯音。功曹宗子卿對侯音說︰「您順應民心，興起大事，遠近無不都寄希望于您。現在您捉住郡太守，是悖逆行為，沒有益處，為什麼不把他放走！」侯音听從了宗子卿的話。宗子卿于是夜里越過城牆，跟隨太守召集未參加反叛的民眾包圍侯音。恰好曹仁的軍隊也趕到了，便聯合起來進攻侯音。
建安二十四年（己亥，公元219年）春季，正月，曹仁在宛城進行屠殺，把侯音斬首，仍回軍駐守樊城。
當初，夏侯淵雖然多次打勝仗，魏王曹*卻經常告誡他說︰「作為將領，應有膽怯的時候，不能單憑勇猛。將領應當以勇敢為根本，但在行動時要依靠智慧和計謀；又依靠勇敢，只能敵得過一名普通人罷了。」後來，夏侯淵與劉備對峙了一年有余，劉備從陽平向南，渡過沔水，順著山勢稍微前行，在定軍山扎下營盤。夏侯淵率兵爭奪定軍山。法正說︰「可以發動攻擊了。」劉備派討虜將軍黃忠率兵居高臨下，擂鼓吶喊，發動進攻，夏侯淵的軍隊大敗，夏侯淵和被斬。張頜率軍退回陽平。此時，曹軍新失統帥，軍中人心惶惶，不知如何是好。督軍杜襲和夏侯淵的司馬、太原人郭淮集合散亂的兵卒，對各營將士發出號令︰」張頜將軍是國家的名將，為劉備所懼怕；如今軍情緊迫，只有在張將軍的指揮下，才能轉危為安。」于是臨時推舉張頜為軍中主帥。張頜出來統率軍隊，巡視陣地，將領們都接受張頜的指揮，軍心才安定下來。第二天，劉備打算渡漢水發動攻擊；曹軍將領們認為寡不敵眾，準備依憑漢水列陣抵抗。郭淮說︰「這是向敵人示弱，而不能挫敗敵人，不是好計策。不如遠離漢水列陣，把敵人吸引過來，等他們渡過一半後，我們再出擊，就可以打敗劉備。」曹軍列好陣，劉備產生懷疑，命令不要渡河。郭淮于是堅守陣地，表明曹軍沒有撤退之心。郭淮等人把情況上報魏王曹*，曹*很同意他們的作法，派使者把符節授予張頜，仍任命郭淮為司馬。
三月，魏王曹*從長安出發，穿過斜谷，派兵據守險要之處，以便大軍順利到達漢中。劉備說︰「曹公雖然親自前來，也起不了什麼作用，我一定要佔有漢川。」于是集結軍隊，佔據險要阻攔。始終不與曹軍交戰。曹軍在北山下運送糧米，黃忠率軍企圖奪取，超過約定的時間，不見回轉。翊軍將軍趙雲率領騎兵數十人出營查看，恰巧曹*大軍出動，趙去與敵人猝然相遇，便沖擊敵陣，且戰且退。曹軍散開後再度匯合，追至趙雲的軍營前，趙雲進入軍營，又大開營門，偃旗息鼓。曹軍懷疑營中有埋伏，于是撤退。趙雲命令擂起戰鼓，鼓聲震天，卻只以強弩在後面射殺曹兵。曹軍非常驚駭，自相踐踏，落入漢水中而死的很多。第二天一早，劉備親自來到趙雲的兵營，察看了昨天的戰場，說︰「子龍一身都是膽啊！」
曹*與劉備對峙了一個月，曹軍有很多人逃跑。夏季，五月，曹*率領所有進攻漢中的軍隊返回長安，劉備因此佔據了漢中。
劉備奪取漢中後，曹*害怕劉備在北面佔有武都氐人的部眾，從而進*關中，就詢問雍州刺史張既的意見。張既說︰「可勸告氐人，讓他們向北遷移到有糧谷之處，以避開劉備。先遷移的人給以重賞，這樣先遷移的人就知道有利可圖，後面的人定會羨慕他們。」曹*听從這個建議，派張既到武都，遷徙氐人五萬余戶離開故地到扶風、天水交界處居住。
武威的顏俊、張掖的和鸞、酒泉的黃華、西平的演等人，各自佔據所在的郡，自稱將軍，互相攻擊。顏俊派使者把母親和兒子送到魏王曹*那里作人質，以求幫助。曹*詢問張既，張既說︰「顏俊等人，對外借國家的權威，對內則傲慢悖逆，等到計謀得逞，勢力強大，然後就會反叛。如今，我們正在致力攻蜀，暫且應該讓顏俊等人並存互斗，猶如卞莊子殺虎一樣，讓二虎相斗，坐等收拾兩敗之局。」魏王說︰「很好！」過了一年以後，和鸞殺了顏俊，武威的王秘又殺了和鸞。
劉備派遣宜都太守、扶風人孟達從秭歸向北進攻房陵，殺了房陵太守蒯祺。又派遣養子、副軍中郎將劉封從漢中順沔水而下，統令孟達所部，與孟達一起進攻上庸，上庸太守申耽率全郡投降。劉備加封申耽為征北將軍，兼上庸太守，任命申耽的弟弟申儀為建信將軍、西城太守。
建安二十四年（己亥，公元219年）秋季，七月，劉備自稱漢中王，在沔陽設壇場，布置軍隊排列成陣，郡臣都來陪從，讀過奏章，跪拜接受漢中王的印璽綬帶，戴上王冠。派使者乘驛馬車將奏章送呈獻帝，歸還以前授予的左將軍、宜城亭侯的印綬。立兒子劉禪為王太子。提撥牙門將軍義陽人魏延為鎮遠將軍，兼漢中太守，鎮守漢川。劉備回到成都主持各項政務，任命許靖為太傅，法正為尚書令，關羽為前將軍，張飛為右將軍，馬超為左將軍，黃忠為後將軍，其余的人按照等級都有升遷。（五虎將其實就四個，無趙雲）
劉備派益州前部司馬、犍為人費詩去關羽駐地授予關羽官印，關羽聞知黃忠地位和自己一樣，憤怒地說︰「大丈夫絕不能和老兵同列！」不肯接受任命。費詩對關羽說︰」創立王業的人，所用的人不能都一樣。以前蕭何、曹參和漢高祖年幼時就關系很好，而陳平、韓信是後來的亡命之人；可排列地位，韓信位居最上，沒有听說蕭何、曹參對此有過怨恨。如今漢中王因為一時的功勞，尊崇黃忠，而在他心中的輕重，黃忠怎能和您相比呢！況且漢中王與您猶如一體，休戚相前，禍福與共。我認為您不應計較官號的高下，以及爵位和俸祿的多少。我僅是一個使者，奉命之人，您如果不接受任命，我就這樣回去。只是我為您這樣感到惋惜，恐怕您以後要後悔的。」關羽听了他的話以後，大為感動，醒悟過來，立即接受了任命。