刘备到蜀后驻军在葭萌，庞统向刘备建议说：“现在，应暗中挑选精兵，昼夜不停地兼程赶路，直接袭击成都，刘璋既不懂军事，又一向没有预备，大军突然到达，可以一举平定，这是上策。杨怀、高沛都是刘璋部下的名将，各领强兵，据守关头，听说他们多次上书，劝刘璋把将军送回荆州。将军派人去告诉他们，说荆州有紧急情况，您打算回军救援，并让人打点行装，表面上作出要回去的样子。这两个人既佩服将军的英名，又高兴将军离去，我想他们一定会轻装骑马来见将军。乘机把他们捉住，吞并他们的部队，再向成都进军，这是中策。退回白帝城，与荆州力量联合在一起，再慢慢策划进取益州的办法，这是下策。如果迟疑着不离去，将会陷入严重困境，不能再耽误了。”刘备同意采用庞统的中策。
等到曹操进攻孙权，孙权要求刘备回军援救。刘备写信给刘璋，说：“孙权和我本是唇齿的相依，而关羽兵力薄弱，现在不在援救，曹操就一定夺取荆州，进而侵犯益州边界，这远比张鲁更值得担心。张鲁是个只求自保的贼寇，不足以使人忧虑。”乘机要求刘璋给他增拨一万名士兵和军用物资，刘璋只允许拨给四千人，军用物资也都只给一半。刘备就以此为借口，激怒他部下的将士说：“我们为益州讨伐强敌，士卒劳苦，而刘璋却爱惜财物，如此吝啬，怎么能使士大夫为他死战呢！”张松写信给刘备和法正说：“现在，大事马上就可完成，怎么能放弃这里离去呢？”张松的哥哥、广汉郡太守张肃知道张松的密谋后，恐怕祸事会连累自己，就告发了张松的阴谋。于是刘璋逮捕张松，把他处斩，同时，向各关口要塞守将发布文书，命令他们都不要再与刘备往来。刘备大怒，召见刘璋部下的白水军督杨怀、高沛，责备他们对客人无礼，把这两人处斩。刘备率领军队直接进驻关头，吞并了杨怀、高沛的部队。继续进军，占领涪城。（如此时机精明的刘备岂会错过，曹操也是，平定关中正是一举入蜀的绝好时机，去打什么吴国啊，结果让刘备渔翁得利）
益州从事、广汉人郑度听到刘备起兵的消息，对刘璋说：“左将军刘备孤军深入，远道来袭，他部下士兵不到一万人，而且将士并未全心归附他，军队又没有辎重，只能靠抢掠田野的庄稼为食。因此，最好的办法是把巴西与梓潼境内的百姓全部驱赶到内水、涪水以西，把巴西与梓潼仓库中的粮食物资以及田野里的庄稼全部烧掉，咱们高垒深沟，静待变化。刘备率军前来挑战，咱们坚守不出。他们无处抢掠粮草，不过一百天，必然会自动撤退，等他们后退时咱们再出击，一定可以捉到刘备。”刘备听到消息后，十分忧虑，向法正询问对策，法正说：“刘璋最终不会采用郑度的计策，您不必担心。”刘璋果然对部下说：“我听说过抵抗敌人以保护百姓；从未听说要迁徙百姓来躲避敌人的。”不用郑度的计策。
刘璋派部将刘、冷苞、张任、邓贤、吴懿等抵抗刘备，都被击败，退守绵竹，吴懿向刘备大军投降。刘璋又派护军南阳人李严、江夏人费观统帅驻在绵竹的各路军马，但李严、费观也率领自己的部下向刘备投降。刘备军队的势力更加强大，分派部下将领去占领周围各县。刘、张任与刘璋的儿子刘循退守雒城，刘备进军把雒城围住。张任率军出城，在雁桥与刘备军大战，张任军战败，张任战死。
到了建安十九年（公元214年）诸葛亮为配合刘备，留关羽留守荆州，与张飞、越云率兵溯长江而上，攻克巴东。至江州，打败并生擒了巴郡太守严颜。张飞呵斥严颜：“我大军已到，你为什么不投降，而敢率军顽抗！”严颜说：“你们无理夺取我江州，江州只有断头将军，没有投降将军！”张飞大怒，命令左右部属把严颜拉出去斩首。严颜形容举止不变，说：“砍头便砍头，发什么火！”张飞佩服严颜的胆魄，将他释放，并让他做自己的宾客。诸葛亮派遣赵云经外水出兵平定江阳、犍为，派张飞平定巴西、德阳。
刘备围攻雒城近一年，庞统被流矢射中而死。法正写信给刘璋，分析了形势强弱，并说：“左将军刘备起兵后，对您仍有旧情，实际上没有恶意。我认为您应改变态度，以保住家门的尊贵。”刘璋未予答复。刘备攻破雒城，进而包围了成都。诸葛亮、张飞、赵去也率兵前来会合。（所以凤雏是被流矢射中而死，张任在建安十八年就战死了）
刘备包围成都数十天，派从事中郎涿郡人简雍进城劝降刘璋。此时城中还有精兵三万人，粮食和丝帛可以支持一年，官吏和百姓都愿死战到底。刘璋说：“我们父子统领益州二十余年，对百姓没有什么恩德。百姓苦战三年，暴尸荒野，实在是因为我刘璋的缘故，我怎能安心！”因此命令打开城门，和简雍同乘一辆车出来投降，部属无不伤心落泪。刘备把刘璋安置在公安这个地方，归还他的全部财物，让他佩带振威将军印绶。
自此，刘备占领了蜀郡。
