呂蒙親自率領精兵三萬，快船八十餘艘，令士兵都打扮成商人模樣。他一邊遣使送書給曹操，令其出兵截斷關羽的後路；一邊日夜兼行溯江而去，直抵潯陽江北。江邊烽火台上的守軍盤問時，吳軍便謊稱自己是做生意的，因江中浪大才躲避在這裏。守軍見他們都是商人打扮，也就不再多問，任由他們停船在江邊。到了深夜，吳軍偷襲烽火台，將守在江邊的劉備的士兵一網打盡，沒有損失一兵一將，吳軍凱旋地進駐荊州。
呂蒙在江陵登岸後，便下令要善待荊州的百姓，不取百姓任何物品，很快收服了民心。同時，原任官吏仍舊續用，等待孫權全權發落。
防守在公安的傅士仁和南郡的糜芳，一聽說荊州失陷，連忙緊閉城門。傅士仁和糜芳兩人深得關羽的信任，但他們對關羽的自大態度卻很不滿。他倆負責軍需的供給任務，偶有延誤，關羽便叱責他們，還威脅要斬殺他們。呂蒙獲悉其中的內情，便派使者虞翻前往招降。傅士仁和糜芳唯恐防守不周被關羽怪罪，就一同棄城投降了。
曹操派遣徐晃前往支持曹仁，徐晃由宛南下，到達襄陽附近的偃城時，曹操曾用飛矢傳書，射入樊城報告士兵們援兵已到。呂蒙進攻荊州時，曾經修書給曹操，表示願意彼此合作，共同討伐關羽，並囑咐他千萬不要將此事張揚出去，以免壞了大事，但是曹操卻仍然用飛矢傳書之計，將此事告訴樊城中的軍民，城中的曹軍為之一振。
關羽原本認為樊城已經唾手可得，所以聽到東吳出兵攻打荊州時，不願撤退。他還認為，江陵、公安有多位大將鼎力支撐，應該是沒什麼問題，不料卻聽到前去催糧的士兵回來報告說，傅士仁和糜芳投降東吳了。關羽一聽，怒火上升，箭瘡迸裂，昏厥於地。眾人連忙將他扶起，關羽長歎說：“我中了奸賊的計謀，如今還有什麼顏麵見大哥呢？”
管糧都督趙累說：“現在事情緊急，可一邊派人往成都求救，一邊從陸路攻取荊州。”關羽依從了他的話，便派人連夜趕往成都求救，並且自行領兵前往荊州，而留廖化、關平在後頭護隊。
關羽退兵，樊城的危機解除了。曹操按照先前的計劃，不追擊關羽，讓他和呂蒙互相攻擊，等待雙方兵力大傷，他再趁機坐收漁翁之利。
關羽率眾奔回荊州，行進之間，士兵們紛紛傳言荊州城內一片祥和，於是有許多人逃隊潛回城內。軍隊來到城外時，隻見城上白旗招揚，城裏的人大聲叫喊要荊州的士兵快點投降。一時呼兄喚弟，尋爺覓子之聲不絕於耳，於是軍心大變，皆應聲而去。關羽大怒，帶著殘兵從黃昏殺到深夜，卻無法突圍。
關平急忙勸道：“如今軍心已亂，無法久戰，當務之急應先撤守以待援兵，麥城雖小，還可屯駐。”於是關羽便帶著殘兵們退守到麥城。
趙累說：“此地距離上庸不過數裏，上庸現有劉封、孟達駐地防守，不妨迅速派人前往求救。若能得到他們的支援，再共同等待成都的救兵，如此就可穩定軍心。”
當時劉備的養子劉封和孟達共同防守上庸，聽說關羽兵敗，兩人馬上在一起商議。孟達勸說劉封：“東吳兵精將勇，且已收複荊州九郡。如今關羽隻擁有麥城小小彈丸之地，即使加上我軍的援助，也於事無補，不如托詞剛剛收複此城，民心未定，不敢輕易興兵。”
劉封說：“可他是我的叔父啊，我怎能見死不救？”
孟達大笑說：“將軍以關公為叔，恐怕他未必視你為侄。誰都知道，當初漢中王要立將軍為後嗣時，關公很不高興。後來漢中王即位，要立太子，向諸葛亮請教。諸葛亮以這事是家事為由讓他問關羽、張飛，可是關公認為將軍乃是養子，不能嗣立，就勸漢中王把將軍安插到上庸以杜絕後患，難道將軍不知道此事嗎？”
正在談論之間，突然侍衛傳報羽將廖化求見。劉封召他進來，虛應其事，不肯出兵相救，廖化大驚，跪地叩首說：“要是不肯出兵相救，關公就沒命了。”廖化極力懇求，劉封和孟達卻視而不見，拂袖而去。
關羽在麥城點算兵馬，隻剩三百餘人，城內糧草將要用完了。趙累說：“上庸救兵現在還沒到達，可能是劉封、孟達不願出兵相救。為今之計，不如棄此孤城，殺開一條出路。”
關羽聽從其計，遂留周倉、王甫同守麥城，而與關平、趙累，帶領殘兵兩百多名突出北門。行至初更時，忽見山凹處鑼鼓喧天，吳軍如潮一般湧來，關羽的坐騎被絆。他翻身墜地，一眼瞧見關平已被砍傷多處。關羽新傷舊傷遍體，已經力不從心。關羽與兒子關平被俘，後慷慨就義。關羽死時，年58歲。