最初，夏侯渊虽然屡战屡胜，曹操常警告他：“当一个将领，应当有害怕胆怯的时候，不可以完全仗恃勇敢。勇敢当然是基本，但行动必须依赖智能计谋；一味不怕死，不过只能成为一个人的敌人。”
夏侯渊跟左将军刘备僵持，刘备从阳平关南方渡过沔水（汉水），沿着山麓，稍稍向前推进，在定军山扎营。夏侯渊率军夺取，法正说：“时候已到！”刘备命讨虏将军黄忠在高处擂动战鼓，大声呐喊，开始攻击，夏侯渊军大败，遂斩夏侯渊，并斩益州州长（刺史）赵颙（曹操所任命），张郃不能独留，率军退回阳平关。
这时，元帅丧生，人心浮动，军中不安，不知如何才好。汉中郡军区司令长官（督汉中军事）杜袭，跟夏侯渊的军政官（司马）太原郡人郭淮，集结散兵溃卒，通令各军：“张郃是国家名将，刘备最为忌惮；今天事情紧急，非张将军不能领导。”遂推举张郃暂时继任元帅。张郃下令各军戒备，亲自巡视阵地，各将领都接受节制，军心转安。
第二天，刘备打算渡过汉水攻击，张郃部下将领们认为敌众我寡，无力抵挡，准备沿着汉水构筑阵地拒抗。郭淮说：“这只能暴露我们的弱点，而不能伤害敌人，不是好的计策。不如远离汉水，引诱刘备渡河，等他渡过一半，我们再发动攻击，可以击破。”阵势既布置完成，刘备犹豫，不敢渡河，郭淮遂坚守营寨，表示不再撤退；并把情形呈报曹操，曹操嘉勉他处理恰当。派使节送给张郃皇帝符节（“假节”“持节”），仍命郭淮当军政官（司马）。
三月，曹操从长安，穿过斜谷，沿途严密防守要害地带，接近汉中。刘备说：“曹操虽然亲自出征，已不能挽救颓势，我一定可以夺取汉川（汉中）！”集中兵力，据守险要，拒绝交战。曹操军粮都运到北山（大本营北方之山）之下，黄忠发动突击，在预定的时间内，不见回军。翊军将军赵云率数十人的骑兵出营察看，正逢曹操大军出动，双方猝然相遇，赵云下令攻击，一面搏斗，一面撤退。曹操大军被冲散后，立即集结，紧追不舍，直逼赵云大营。赵云入营后，大开营门，拔除旗帜，停止击鼓，呈现一片坟墓般死寂。曹操怀疑赵云故设埋伏，不敢进击，向后撤退。赵云营内突然战鼓雷鸣，天地震动，用强弓射击曹操大军后卫部队，曹操大军惊骇狂奔，自相践踏，很多人坠入汉水中溺死。第二天，刘备亲自到赵云军营视察战场，说：“子龙（赵云别名）一身都是胆！”
曹操跟刘备对峙一个多月，曹操大军官兵很多逃亡。
夏季，五月，曹操撤退，率领汉中郡所有部队，返回长安，刘备遂完全占领汉中郡。
秋季，七月，刘备自封汉中王，在沔阳兴筑高台，由武装部队列阵，官属陪伴，宣读呈递皇帝刘协的奏章（奏章事实上不能上达，用宣读代替上达，表示仍居于臣僚地位，不敢自专）。奏章读毕，行礼，接受印信，戴上王冠（跟曹操的魏王王冠——“远游冠”一样）。把奏章派人乘驿马车，送往首都许县（河南省许昌市东），同时缴还“左将军”“宜城亭侯”（都是曹操所表授）印信。立儿子刘禅当太子；擢升牙门将军、义阳人魏延当镇远将军，兼汉中郡郡长，镇守汉中。
刘备返首府成都（四川省成都市），任命许靖当皇家师傅（太傅）、法正当宫廷秘书长（尚书令）、关羽当前将军、张飞当右将军、马超当左将军、黄忠当后将军，其他将领依照等阶，都有擢升。派遣益州前部军政官（前部司马）、犍为郡人费诗，前往荆州（州政府设江陵），送给关羽前将军印信。关羽听说黄忠的官位跟自己相等，大发脾气，说：“大丈夫到死也不跟老兵站在一排！”拒不接受。费诗说：“开创伟大的帝王事业，不能只用同一类型的人。从前，萧何、曹参，跟高祖，是幼年时的玩伴；而陈平、韩信，不过是后来才投靠的亡命之徒。可是，排列官位，韩信最高（楚王），没有听说萧何、曹参口出怨言。而今，汉中王因黄忠一时的战功（指斩夏侯渊），特别对他推崇。然而内心的亲疏轻重，黄忠岂能跟你相提并论？大王（刘备）跟你，二位一体，忧喜相同，祸福与共。我认为阁下不应斤斤计较官爵高下，以及俸禄多少？我不过一个平凡的送信使臣，奉命转达，阁下不接受，我就拍拍巴掌回去。只是可惜你做出这种事，恐怕后悔。”关羽顿时觉悟，遂即就职。
二二一年，蜀中传言东汉末任（十四任）皇帝刘协，已被谋杀。汉中王刘备（时在成都）发丧追悼，改穿丧服，追称刘协“孝愍皇帝”。文武官员争相证实祥瑞出现，请求刘备继位皇帝。益州前部军政官（前部司马）费诗，上书劝阻说：“殿下（刘备）认为曹操父子，逼迫主上，篡夺帝位，所以才流亡万里之外，集合部众，行将讨伐曹家盗贼。而今，大乱还没有克服，却先自己当上皇帝，深恐引起人心疑惑。从前，高祖跟项羽相约，先击破秦王国的，即位当王。等到咸阳（陕西省咸阳市）屠城，擒获嬴婴（秦王朝三任帝），而仍推辞谦让；何况殿下到今天还没有迈出大门，就打算自立？我愚昧的认为：殿下不应采取这项策略。”刘备大不高兴，贬谪费诗当永昌郡郡政府驻地参谋官（永昌跟成都航空距离八百公里，中隔万山，是中国地势最险恶的地区。这是一种谋杀性的放逐，用以报复他的反调）。
夏季，四月六日，刘备（本年六十一岁）在武担山之南即皇帝位（一任昭烈帝），大赦，改年号章武，任命诸葛亮（本年四十一岁）当丞相、许靖当宰相（司徒。刘备建立的政权，仍称汉王朝，因首都设在蜀郡之故，我们称之为“蜀汉”，以区别“西汉”“东汉”。中国于本年进入“三国时代”，曹魏帝国跟蜀汉帝国对抗；孙权在理论上仍是曹魏帝国的藩属）。