建安二十年（乙未，公元215年）三月，魏公曹操亲自率兵攻打张鲁，准备自武都进入氐人所居之地。氐人在途中拦截，曹操派张颌、朱灵打败了氐人。夏季，四月，曹操从陈仓出散关，到达河池。氐王窦茂有部众一万余人，仗恃地势险要，不肯降服。五月，曹军打败氐人，并进行屠杀。西平、金城的演、蒋石等将领共同杀死韩遂，把他的头颅献给曹操。
秋季，七月，魏公曹操抵达阳平。张鲁准备以汉中为代价投降曹操，他的弟弟张卫不同意，率兵众数万人凭借关隘坚守，在山上横向筑城墙十余里。当初，曹操听了凉州从事及从武都投降过来的人所说的话：“张鲁容易被击败，阳平城外的南、北山相距很远，无法防守。”便相信了。等他亲自实地观察后，发现不像所听说的那样，因而感叹地说：“别人的揣度，很少能令人满意。”攻打阳平山守军时，山势险峻难登，不能及时攻取，士兵死伤很多，军粮也快用尽。曹操心情沮丧，便想让军队开拨，切断山道以后撤走，派大将军夏侯、将军许褚喊回山上的战士。恰巧，前部军队在夜间迷路，误入张卫下属军营，张卫的士兵大惊溃散。侍中辛毗、主簿刘晔等人跟在迷路士兵之后，便报告夏侯、许褚说：“我军已经占据了敌人的重要据点，敌人已经溃散。”夏侯等人还不信。夏侯亲眼目睹后，才回去报告了曹操，继续进兵攻打张卫，张卫等人乘夜逃走。
张鲁听说阳平已被曹军攻陷，要投降。阎圃说：“现在因为受到曹军压力而被迫投降，一定没有什么功；不如通过杜投奔朴胡，一同抗拒曹军，然后再归顺，功一定大。”于是逃奔南山进入巴中。张鲁部下要烧毁全部宝物和仓库，张鲁说：“本来我们准备归顺国家，而这样的意愿还没有转达上去。如今离开这里，只是为了躲避大军的锋锐，并没有恶意。宝物仓库，本是国家所有。”于是，把府库封存好以后，张鲁等人才离去。曹操进入南郑，对张鲁的作法非常赞赏。又因为张鲁原本有善意，派人前往安慰晓谕。
丞相主簿司马懿向曹操建议：“刘备靠奸诈动持了刘璋，蜀人还没有归附他，他却去远行争夺江陵，这是个不能失去的好机会。现在，我们攻克了汉中，益州受到震动，此时进兵攻击，势必土崩瓦解。圣人不能违背天时，也不能错过良机。”曹操说：“人都是苦于不知足，既得到陇地，又眼望着蜀地吗！”刘晔说：“刘备，是人中豪杰，做事有章法，但是缓慢；取得蜀地时间不长，还不能依靠蜀人。我们刚刚攻取汉中，蜀地之人受到很大震动，非常恐慌，势将自行崩溃。以主公的英明，趁其崩溃时率兵压境，一定能取胜。如果稍有迟缓，诸葛亮擅长治国而为相，关羽、张飞勇冠三军而为将，蜀地人民安定以后，据守险要之处，我们就很难进攻了。现在不去攻取，必将成为我们的后患。”曹操没有听从这些建议。七天后，蜀地来降的人说：“蜀中一天发生数十次惊忧，守将虽然以斩杀来弹压，仍然安定不下来。”曹操问刘晔：“现在还能进攻吗？”刘晔回答：“现在蜀地已初步安定，不能再进攻。”于是撤军。任命夏侯渊为都护将军，率领张、徐晃等人守卫汉中；任命丞相长史杜袭为附马都尉，留下掌管汉中的事务。杜袭采取怀柔政策进行开导，汉中的百姓自愿出来迁徙到洛、邺两地的有八万余人。（得陇望蜀，如果听了司马的话，可能刘备就不能在蜀中称帝了）
八月，孙权趁曹操在汉中，率军队十万人围攻合肥。此时，张辽、李典、乐进率七千人在合肥驻守。魏公曹操去征讨张鲁，留一份指令给合肥护军薛悌，在指令的封套边上写道：“敌人来了，再找开看。”及至孙权到来，薛悌等人打开指令，指令中写道：“假若孙权到来，张、李将军出战迎敌，乐将军守城，护军不要参战。：将军们认为寡不敌众，对曹操的指示有怀疑。张辽说：“魏公远征张鲁，等他派救兵到达，敌人必定已将我们攻破了。所以他指示趁敌人未集结时予以迎头抗击，以摧折敌军锋芒，安定我军军心，然后才可能拒守。”乐进等人都不发言。张辽气愤地说：“胜负的关键，在此一战。诸位若还有疑问，我张辽将独自出战，以决胜负。”李典原本与张辽不和，却感慨地说：“这是国家大事，只是看您的计谋将会怎样罢了，我怎么能因为私人的恩怨而损害公义呢！我请求和您一起出战。”于是，张辽当夜募集敢于自己出战的兵士八百人，杀牛设宴隆重犒赏他们。第二天清晨，张辽身穿铠甲，手持战戟，身先士卒，冲锋陷阵，杀死数十人，斩敌两员大将，高喊“我是张辽”，冲破敌兵营垒，直到孙权的大旗下。孙权大惊，不知所措，退上一座高丘，用长戟抵御。张大声叫喊着，要孙权下来交战，孙权不敢动，看到张辽所带的人马并不多，乃下令将张辽重重包围。张辽急忙打开重围，带领部下数十人冲出来。其余的人高喊：“将军要抛弃我们吗？”张辽又返身杀回，再度突围，救出其余的战士。孙权的人马都望风披靡，不敢抵挡。从清晨一直战到中午，东吴的士兵丧失了斗志。张辽这才命令回城，部署守城，整修城防，人心军心于是安定。
孙权包围合肥十多天，无法攻陷，便撤军返回。十兵们已经上路，孙权和部下将领们在逍遥津北岸，张辽从远处看到后，便率领步、骑兵突然杀到。甘宁与吕蒙等人奋力抵御，凌统率领亲兵扶孙权冲出包围，又杀进去与张辽奋战，身边的战士全部战死了，他自己也受了伤，佑计孙权已无危险，他才退回去。孙权乘骏马来到逍遥津桥上，桥南部的桥板已撤去，有一丈多宽没有桥板。亲近监谷利在孙权马后，要孙权抓住马鞍，放松缰绳，他在后面猛烈用鞭抽马，加强马的冲势，于是飞跃过去。贺齐率三千人在逍遥津南岸迎接，孙权因此得免于难。
孙权登上大船，在船舱设宴饮酒，贺齐从席间走出，哭着说：“主公无比尊贵，应处处小心谨慎，今天的事情，几乎造成巨大灾难。我们这些部属都非常惊恐，如同天塌地陷，希望您终身记住这一教训！”孙权亲自上前为贺齐擦去眼泪说：“很惭愧，我把这次教训铭刻在心中，不仅仅写在束身的大带上。”
九月，巴、夷两个少数部族首领朴胡、杜、任约，各率全体部众归附朝廷。于是朝廷划分巴郡，以朴胡为巴东太守，杜为巴西太守，任约为巴郡太守，三人都被封为列侯。
十一月，张鲁率领家属出来投降。魏公曹操亲迎，授予张鲁镇南将军的官职，按照宾客的礼节接待他，封他为阆中侯，食邑万户。同时，封张鲁的五个儿子，以及阎圃等人为列侯。
程银、侯选、庞德都随张鲁归降曹操。魏公曹操恢复了程银、侯选的官爵，授予庞德立义将军的职位。
张鲁逃奔巴中时，黄权对刘备说：“如果失去汉中，则三巴将很难挽救，这等于割去了蜀的四肢。”刘备因此任命黄权为护军，率领兵将去迎接张鲁；因张鲁已归降了曹操，黄权便去攻打朴胡、杜、任约，获胜。魏公曹操派张颌统领军队占领三巴，企图把那里的民众迁徙到汉中，张颌率军向岩渠进发。刘备派遣巴西太守张飞抗拒张颌。五十多天后，张飞向张颌发动袭击，张颌大败，退回南郑。刘备也回到成都。
