公元215年，曹操以张合、朱灵为先锋，带5000兵马在前面开路，自己带领带领10万大军从陈仓出发。张鲁提议投降曹操，其弟弟张卫与大将杨昂等实力派坚决反对，张卫、杨昂率数万人坚守阳平关；曹军多次强攻不下，于是决定假装退兵迷惑张卫，张卫遂减少守军。曹操马上命令乘夜强攻，由于守军兵力薄弱并戒备松懈，阳平关于是失守，杨昂战死；曹军继续攻击其他的营寨，惊动了山上的几千只夜糜，夜糜冲进张卫大营，引起人喊马嘶，曹操以为张卫反击，于是命令夏侯敦、许褚等将领主力大举进攻，张卫不敌，遂投降，夺取阳平关集中体现了曹操的军事指挥艺术才华。张鲁再次提议投降，遭到阎圃的反对，张鲁于是封藏而前往巴郡。曹操知道张鲁有心投降，于是用高官收买了巴族七姓首领，张鲁无奈投降。曹操又命夏侯渊、徐晃、张合攻下三巴，同时关中的程银、侯选等叛将也投降曹操，曹操于是占据了汉中、巴郡。

　　刘备得知曹操平定了汉巴(其中巴东的首府为现在的重庆)，对自己威胁极大，只好向孙权妥协，孙权也想借此在合肥发动攻势拿下淮南，于是双方中分荆州。于是刘备命黄权攻取三巴，杀投靠曹操的巴族首领杜获等人，曹操命张合反攻，攻下巴东、巴西，并迁移百姓往汉中，又与张飞大战50多天，被张飞所败。曹操采取了一系列稳定汉巴的措施后留下夏侯渊等人留守而自己班师回洛阳(继续进攻刘备是否合适后面有分析)，并迁移8万多人民回关中。刘备集中力量后，先以张飞、马超、吴兰进攻武都，在下辩一带随时阻挡关中曹军增援汉中；自己领法正、黄忠、赵云等人率主力进攻夏侯渊据守的阳平关。曹操马上命令曹洪、曹休(本来是曹植当主帅，由于曹丕作怪------)增援汉中，在下辩与刘备军展开激战，破吴兰，吴兰逃入阴平，为当地人所杀，后击败马超、张飞，平定响应刘备的地方首领雷定等部。刘备向诸葛亮求救，诸葛亮号召“男子当战，女子当运”，最大程度集中力量支援前线，形势对曹操相当不利，曹操亲自驻军长安，并命令曹仁平定向关羽投降的宛城守将侯音。刘备亲用法正的计谋，调动夏侯渊的一半军队增援张合，然后乘夜偷袭夏侯渊，第二天凌晨，刘备派黄忠偷袭正在指挥修补鹿角的夏侯渊，夏侯渊遂被杀，张合被逼收集残兵回守阳平关。由于形势更加严峻，曹操于是亲自到汉中前线，命令徐晃偷袭陈式据守的马鸣阁，恢复了汉中与下辩的联系；刘备命令部下坚守阵地，同时袭扰曹操的补给线，又命令赵云、黄忠偷袭北山，烧毁了曹军万余袋粮草。曹操无奈，只好让曹真去下辩接曹洪，放弃汉中，同时迁移几万户百姓回关中。汉中之战的结果，基本决定了三国鼎立。