曹操取漢中之時，劉備遣使到東吳，陳說利害，令吳軍進攻合淝，以牽動曹操兵勢，緩解益州壓力。孫權知道是諸葛亮之計，但是看準曹操進軍漢中，合淝兵力空虛之機，這一年八月，孫權以呂蒙、甘寧為前鋒，從陸口攻皖城，取合淝，聲勢浩大。孫權攻下皖城，圍攻合淝，此役張遼威震逍遙津，甘寧百騎劫魏營，雙方各有勝負，隔江對峙。孫權再調兵增援，張遼也向曹操求救，魏、吳合淝大戰從公元215年底開始，一直持續到公元217年春，雙方損兵折將，也沒有分出孰勝孰敗。孫權主動求和，令都尉徐詳詣曹公請降，答應年年納貢，雙方於是撤軍罷兵。
漢中之於劉備，其實更加重要。諸葛亮曾說，漢中，益州咽喉，存亡之機會，若無漢中，則無蜀矣。（曹操攻打漢中）此家門之禍也，出兵何疑。法正說：（奪取漢中）上可以傾覆寇敵，尊獎王室，中可以蠶食雍、涼，廣拓境土，下可以固守要害，為持久之計。如果得到漢中，益州就大大增加了戰略縱深，可以直接威脅關內。據記載，公元218年春，劉備接受法正奪取漢中的建議，安排諸葛亮據守成都，以法正為謀士，親率黃忠、張飛、馬超等大將為前鋒，趙雲領兵作預備隊，一齊向漢中進軍；遣張飛、吳桐守巴西，馬超、吳蘭守下辨（今甘肅成縣西），出西路攻擊前進。
當時四川北進要道有三條路可以通往關中地區。一是米倉道，從巴中、南江，直人南鄭地區；二是陰平道，從綿陽、江油，翻摩天嶺到甘肅文縣；三是古蜀道，從綿陽、梓潼、劍閣，進人陝西寧強，經勉縣到漢中。這三條路比較起來，米倉道窄，陰平道險，唯古蜀道較寬、較近。因此蜀漢政權，長期經營此道，車水馬龍，絡繹不絕。四川有句古語，“梓潼失，成都亡，千裏天府，此為屏障”。梓潼是古蜀道通往漢中的關鍵所在。巴西人黃權，時為蜀漢右將軍，曾向劉備建議“若失漢中，則三巴不振。”又說，“自昔爭蜀者，必爭廣漢奪劍閣。”劉備納其言分廣漢郡置梓潼郡，郡治設梓潼縣城，派名將霍峻為梓潼郡守。
公元216年5月，群臣表奏獻帝，冊立曹操為魏王，曹操立王後，設後嗣，於鄴城建造魏王宮室。此時合淝之戰已經結束，曹操聞知劉備出兵，馬上遣心腹、厲鋒將軍曹洪前往漢中督軍，加強漢中防禦，迎擊劉備。馬超幫助劉備得益州後，被封為平西將軍，掌管臨沮，守衛陽平關。劉備取漢中，馬超為西路先鋒。但是馬超一路先被曹洪擊敗，吳蘭及其副將任夔被殺，不得不取守勢。張飛這一路，據《三國誌˙張飛傳》記載：“郃別督諸軍下巴西，欲徙其民於漢中，近軍宕渠、蒙頭、蕩石，與飛相拒五十餘日。飛率精卒萬餘人，從他道邀郃軍交戰，山道迮狹，前後不得相救，飛遂破郃。郃棄馬緣山，獨與麾下十餘人從間道退，引軍還南鄭，巴土獲安”。大意是說，張郃率領軍隊到巴西，把這裏的人遷徙到漢中，於是進軍宕渠、蒙頭、蕩石，張飛與張郃相拒五十多天。張飛智取張郃，將張郃誘至山穀中交戰，由於山路狹窄，前後不能救應，張郃三寨盡失，丟下馬匹，沿著山穀，從瓦口關敗退至南鄭，後不得不望定軍山投奔夏侯淵而去。曹洪攻擊防守下辨的吳蘭，斬殺雷銅、任夔等人，吳蘭逃至陽平氐族，被當地人強端所殺。
天蕩山是秦嶺餘脈，位於漢中盆地西端，漢中市勉縣城北4公裏處，隔漢江（當時稱沔水）南望為定軍山，東西連亙十二座山峰，狀如屏障，巍然屹立。勉縣西北部是古陽平關，又被稱作白馬城、盡口城，位於漢中市勉縣西部武侯鎮蓮水村附近。漢江南北的定軍山、天蕩山和陽平關互為犄角之勢，是漢中盆地西門戶，也是巴蜀通往關中的北端前沿，地理位置十分險要。歐得祿、張星智編寫的《諸葛亮與武侯墓》書中交代，建安二十三年（公元218年），劉備率領諸將進兵漢中，被張郃阻擋在陽平關外漢江上遊的深山峽穀之中，彼此相互對峙一年有餘，劉備未能進人漢中盆地。劉備遣使急書向諸葛亮求援。《三國誌˙楊洪傳》記載，劉備急書發兵，蜀漢官吏楊洪認為，漢中是益州咽喉，存亡的關鍵，無漢中則無蜀矣；失去漢中乃“家門之禍”也。楊洪勸諸葛亮向漢中趕快發兵。諸葛亮采納楊洪建議，派精兵全力支援前線。公元219年正月，劉備改變死攻陽平關的策略，率兵南渡沔水，緣山稍前，占據了定軍山西部的臥牛山（後人稱為插旗山），於山上建立了營寨，遂插旗指揮作戰，拉開了定軍山之戰的序幕。夏侯淵率兵前來攻山，築圍與劉備軍對峙，使張郃護東圍，自率兵護南圍。蜀軍參軍法正，分兵十部攻擊張郃，迫使夏侯淵分兵救援。法正同時采取以逸待勞戰術，命老將黃忠埋伏在半山腰，鼓噪而不攻，伺機出兵。夏侯淵數攻不下，士氣懈怠，法正於是下令蜀軍出擊魏軍，燒敵都圍。另派黃忠出奇兵，乘夏侯淵帶兵救火之機，鼓噪前進，從山上居高臨下驟然殺出，夏侯淵猝不及防，被黃忠砍為兩段。《三國誌˙武帝紀》記載：初，淵雖數戰勝，太祖常戒曰：“為將當有怯弱時，不可但恃勇也。將當以勇為本，行之以智計；但知任勇，一匹夫敵耳。”夏侯淵忘記曹操教導，勇有餘，智不足，急於出兵立功，兩軍會戰於定軍山口，結果曹軍大敗，自己捐命於定軍山。黃忠乘勢奪取了定軍山，張郃領兵敗走，退守陽平關，至漢水邊紮營。因張飛妻子為夏侯淵至親，所以“飛妻請而葬之”，張飛妻子張羅著埋葬了夏侯淵。
曹軍定軍山之敗，打亂了曹軍防禦體係，蜀軍士氣高漲，攻勢淩厲，而曹軍群龍無首，軍心動搖。曹操曾曰：“天蕩山糧草之所，是漢中軍士養命之源，倘有所失，則無漢中也。”曹洪稟知漢中戰況後，曹操不得不親率大軍，令徐晃作先鋒，又拜張郃為帥，出長安疾馳漢中，企圖扭轉戰局，挽回敗績。《三國誌˙武帝紀》記載：三月，王自長安出斜穀（陝西眉縣南），軍遮要以臨漢中，遂至陽平。公元219年3月，魏王從長安經斜穀出兵，一路上軍隊據守險要進逼漢中，終於到達陽平。傳說天蕩山為曹操存糧之所，為長期與蜀對峙，千萬擔糧草堆於北山之下（米倉山為天蕩山一脈）。劉備一麵“斂眾拒守，不與交鋒”，一邊打探北山屯糧之處，令黃忠率軍北山偷襲敵軍糧草，趙雲屯兵於後，策應黃忠。趙雲和黃忠約定時刻，如黃忠依時而還，則按兵不動；若將軍過時而不還，即引軍接應。於是二人約定午時為期，趙雲回本寨，告訴沔陽長張翼：大營前臨漢水，地勢危險；我前去接應黃忠之時，一定要謹守寨柵，不可輕動。