刘军失利
建安二十二年（217年），刘备派遣张飞、马超、雷铜、吴兰等人攻打下辩，曹操派遣曹洪、曹休、曹真抵挡。
建安二十三年（218年），张飞屯兵固山，做出要截断曹洪后方的样子，但被曹休识破。曹洪在曹休的建议下，趁蜀军兵力尚未集结之时袭击吴兰，雷铜、吴兰等战死，马超、张飞于是退走。
刘备又派遣将领陈式去攻打马鸣阁道，打算断绝汉中与许都的联系，但被徐晃击败，死伤甚多。
七月，刘备亲自率军占据阳平关。曹操在许都治兵，准备救援汉中。九月，曹操率军抵达长安。
曹军失利
建安二十四年（219年），刘备放弃阳平关，南渡沔水，于定军山扎营，夏侯渊率军来抢定军山。
刘备派军趁夜火烧夏侯渊营鹿角。夏侯渊派张郃守东围，自己守南围。刘备调一万多兵马分为十部，猛攻张郃，张郃亲身搏战，刘备一时难以攻克。夏侯渊亲自率领精兵来救张郃，刘备派黄忠攻打夏侯渊，黄忠乘着地势高，鼓噪大喊，奔袭夏侯渊，夏侯渊军与黄忠军短兵相接。夏侯渊及益州刺史赵颙等，都被黄忠军斩杀。
夏侯渊战死后，汉中曹军惶恐不安，郭淮、杜袭等推举张郃暂时统领汉中诸军，以安众心。张郃率军驻守阳平关。
曹刘对峙
刘备击斩夏侯渊后，打算渡汉水来攻郭淮，郭淮部下见己方兵力过少，难以匹敌，建议郭淮可依汉水结阵。但郭淮却认为这是示弱，应该远离汉水结阵，趁刘备军半渡时袭击。但刘备见到郭淮的结阵方式，没有渡水。
三月，曹操率领大军抵达汉中地界，进驻阳平关。
刘备踌躇满志，说即使曹操亲自前来，也不能改变什么，自己一定会拥有汉中。刘备在山上扎营，占据险要，固守不战，与曹操对持。
僵局打破
曹操来争汉中，将数千万囊粮草搬运到北山囤积。[
时黄忠在赵云营内。黄忠见曹操运送了这么多的粮草，于是建议赵云可以去劫取。但曹操的囤粮重地，应该是有重兵把守，为谨慎起见，赵云与黄忠约定期限，然后再让黄忠领兵去劫粮。黄忠果然中了曹操军的埋伏，赵云率领轻骑前往救出黄忠、张著等回营。曹军紧追不舍，直到赵云营前，赵云大开营门，偃旗息鼓，曹军怀疑赵云设有伏兵，引军退走，赵云趁机反击，曹军惊骇，自相践踏，死伤极多。
五月，曹彰日夜兼程，赶至长安。但曹操已经撤出汉中。
汉中之战以刘备的胜利而结束。秋七月，刘备称汉中王。
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