法正向刘备建议说：“曹*一举收降了张鲁，占据汉中，不借助这个有利时机进攻巴、蜀两地，却留夏侯渊、张驻守汉中，自己急速北返，这样做并非是他才智不够，而是力量不足，必将有内忧的缘故。如今估计夏侯渊、张的才能，不及我们的将领，现在举兵进攻，一定可以取胜。夺取汉中后，广开农田，积蓄粮草，等待有可乘之机。搞得好，可以将曹*彻底击败，恢复皇室的权威；次之，可以蚕食雍、凉二州，拓展我们的疆土；最次，也可以据险固守，与曹*长期对峙。这是上天的赐与，时机不可丧失。”刘备赞同法正的策略，于是率领进军汉中，派张飞、马超、吴兰等驻军下辨。魏王曹*派都护将军曹洪拒敌。
建安二十三年（戊戌，公元218年）曹洪将要攻击吴兰，而张飞驻军固山，声称要切断曹军的后路。曹洪和将领们商议，犹豫不决。骑都尉曹休说：“张飞等人若确实要切断我军后路，应该派军队隐蔽行军，而现在却先大造声势，而实际上做不到，这是很清楚的。我军应该敌人尚未集结，迅速攻击吴兰，吴兰被击败，张飞自然退走。”曹洪听从了这一建议，进军击败吴兰军，斩杀吴兰。三月，张飞、马超撤退。曹休是魏王曹*的同族子侄辈。
刘备驻军阳平关，曹军夏侯渊、张颌、徐晃等与他对峙。刘务派部下将领陈式等人去切断马鸣阁的道路，被徐晃打败。张驻守在广石，刘备攻打不下来，急发文书调集益州军队。诸葛亮问从事、犍为人杨洪应如何处理此事，杨洪说：“汉中是益州的咽喉，存亡的关键，如失去汉中，就没有蜀了，这是家门前的祸患，对发兵有什么疑问！”当时蜀郡太守法正跟随刘备到了北方，诸葛亮于是上表请求由杨洪代理蜀郡太守。杨洪将各项政务全都办理妥当，于是获得正式任命。
从前，犍为太守李严曾任命杨洪为功曹，李严未离开犍为，而杨洪已做了蜀郡太守。杨洪推荐自己门下的书佐何祗，称他有才干；杨洪仍在蜀郡，而何祗已经做了广汉太守。因此，西土人士都佩服诸葛亮，能够充分利用当时的人才。
南阳的官吏和百姓饱受徭役之苦。冬季，十月，宛城守将侯音反叛。南阳太守东里与功曹应余奋力逃了出来，侯音派人骑也追击，乱箭齐发，应余用身体掩护东里，受伤七处而死。侯音的骑兵抓住东里，带了回去。此时，征南将军曹仁驻军樊城，以威慑荆州，魏王曹*命曹仁回来讨伐侯音。功曹宗子卿对侯音说：“您顺应民心，兴起大事，远近无不都寄希望于您。现在您捉住郡太守，是悖逆行为，没有益处，为什么不把他放走！”侯音听从了宗子卿的话。宗子卿于是夜里越过城墙，跟随太守召集未参加反叛的民众包围侯音。恰好曹仁的军队也赶到了，便联合起来进攻侯音。
建安二十四年（己亥，公元219年）春季，正月，曹仁在宛城进行屠杀，把侯音斩首，仍回军驻守樊城。
当初，夏侯渊虽然多次打胜仗，魏王曹*却经常告诫他说：“作为将领，应有胆怯的时候，不能单凭勇猛。将领应当以勇敢为根本，但在行动时要依靠智慧和计谋；又依靠勇敢，只能敌得过一名普通人罢了。”后来，夏侯渊与刘备对峙了一年有余，刘备从阳平向南，渡过沔水，顺着山势稍微前行，在定军山扎下营盘。夏侯渊率兵争夺定军山。法正说：“可以发动攻击了。”刘备派讨虏将军黄忠率兵居高临下，擂鼓呐喊，发动进攻，夏侯渊的军队大败，夏侯渊和被斩。张颌率军退回阳平。此时，曹军新失统帅，军中人心惶惶，不知如何是好。督军杜袭和夏侯渊的司马、太原人郭淮集合散乱的兵卒，对各营将士发出号令：”张颌将军是国家的名将，为刘备所惧怕；如今军情紧迫，只有在张将军的指挥下，才能转危为安。”于是临时推举张颌为军中主帅。张颌出来统率军队，巡视阵地，将领们都接受张颌的指挥，军心才安定下来。第二天，刘备打算渡汉水发动攻击；曹军将领们认为寡不敌众，准备依凭汉水列阵抵抗。郭淮说：“这是向敌人示弱，而不能挫败敌人，不是好计策。不如远离汉水列阵，把敌人吸引过来，等他们渡过一半后，我们再出击，就可以打败刘备。”曹军列好阵，刘备产生怀疑，命令不要渡河。郭淮于是坚守阵地，表明曹军没有撤退之心。郭淮等人把情况上报魏王曹*，曹*很同意他们的作法，派使者把符节授予张颌，仍任命郭淮为司马。
三月，魏王曹*从长安出发，穿过斜谷，派兵据守险要之处，以便大军顺利到达汉中。刘备说：“曹公虽然亲自前来，也起不了什么作用，我一定要占有汉川。”于是集结军队，占据险要阻拦。始终不与曹军交战。曹军在北山下运送粮米，黄忠率军企图夺取，超过约定的时间，不见回转。翊军将军赵云率领骑兵数十人出营查看，恰巧曹*大军出动，赵去与敌人猝然相遇，便冲击敌阵，且战且退。曹军散开后再度汇合，追至赵云的军营前，赵云进入军营，又大开营门，偃旗息鼓。曹军怀疑营中有埋伏，于是撤退。赵云命令擂起战鼓，鼓声震天，却只以强弩在后面射杀曹兵。曹军非常惊骇，自相践踏，落入汉水中而死的很多。第二天一早，刘备亲自来到赵云的兵营，察看了昨天的战场，说：“子龙一身都是胆啊！”
曹*与刘备对峙了一个月，曹军有很多人逃跑。夏季，五月，曹*率领所有进攻汉中的军队返回长安，刘备因此占据了汉中。
刘备夺取汉中后，曹*害怕刘备在北面占有武都氐人的部众，从而进*关中，就询问雍州刺史张既的意见。张既说：“可劝告氐人，让他们向北迁移到有粮谷之处，以避开刘备。先迁移的人给以重赏，这样先迁移的人就知道有利可图，后面的人定会羡慕他们。”曹*听从这个建议，派张既到武都，迁徙氐人五万余户离开故地到扶风、天水交界处居住。
武威的颜俊、张掖的和鸾、酒泉的黄华、西平的演等人，各自占据所在的郡，自称将军，互相攻击。颜俊派使者把母亲和儿子送到魏王曹*那里作人质，以求帮助。曹*询问张既，张既说：“颜俊等人，对外借国家的权威，对内则傲慢悖逆，等到计谋得逞，势力强大，然后就会反叛。如今，我们正在致力攻蜀，暂且应该让颜俊等人并存互斗，犹如卞庄子杀虎一样，让二虎相斗，坐等收拾两败之局。”魏王说：“很好！”过了一年以后，和鸾杀了颜俊，武威的王秘又杀了和鸾。
刘备派遣宜都太守、扶风人孟达从秭归向北进攻房陵，杀了房陵太守蒯祺。又派遣养子、副军中郎将刘封从汉中顺沔水而下，统令孟达所部，与孟达一起进攻上庸，上庸太守申耽率全郡投降。刘备加封申耽为征北将军，兼上庸太守，任命申耽的弟弟申仪为建信将军、西城太守。
建安二十四年（己亥，公元219年）秋季，七月，刘备自称汉中王，在沔阳设坛场，布置军队排列成阵，郡臣都来陪从，读过奏章，跪拜接受汉中王的印玺绶带，戴上王冠。派使者乘驿马车将奏章送呈献帝，归还以前授予的左将军、宜城亭侯的印绶。立儿子刘禅为王太子。提拨牙门将军义阳人魏延为镇远将军，兼汉中太守，镇守汉川。刘备回到成都主持各项政务，任命许靖为太傅，法正为尚书令，关羽为前将军，张飞为右将军，马超为左将军，黄忠为后将军，其余的人按照等级都有升迁。（五虎将其实就四个，无赵云）
刘备派益州前部司马、犍为人费诗去关羽驻地授予关羽官印，关羽闻知黄忠地位和自己一样，愤怒地说：“大丈夫绝不能和老兵同列！”不肯接受任命。费诗对关羽说：”创立王业的人，所用的人不能都一样。以前萧何、曹参和汉高祖年幼时就关系很好，而陈平、韩信是后来的亡命之人；可排列地位，韩信位居最上，没有听说萧何、曹参对此有过怨恨。如今汉中王因为一时的功劳，尊崇黄忠，而在他心中的轻重，黄忠怎能和您相比呢！况且汉中王与您犹如一体，休戚相前，祸福与共。我认为您不应计较官号的高下，以及爵位和俸禄的多少。我仅是一个使者，奉命之人，您如果不接受任命，我就这样回去。只是我为您这样感到惋惜，恐怕您以后要后悔的。”关羽听了他的话以后，大为感动，醒悟过来，立即接受了任命。