就在刘备与孙权对阵江边的时候，曹操亲率十万大军征讨汉中。在第二章我们介绍过，曹操夺汉中的过程很戏剧化。曹军夜行迷路，误打误撞跑到张鲁手下张卫的军营，惊散张卫守军，夺下阳平关，攻占了汉中。
攻占汉中以后，曹操面对的就是益州刘备了。自从长坂坡一战，多年过去了，这个老对手不仅没有走上穷途末路，反而越混越好了，从中南跑到西南，拥有了属于自己的地盘。当初刘备四处流浪的时候，曹操就称他英雄，现在刘备据有刑州、益州，曹操对他当是更加刮目相看了。
是继续进发攻占西蜀，还是就此退兵呢？曹操犹豫不决。曹操当时手下两个最重要的谋士司马懿和刘晔都劝说曹操讨伐西蜀。司马懿对曹操说，刘备以诈术取得西蜀，西蜀人心还没有归附，他又在争夺江陵，这正是夺得西蜀的好机会。司马懿还说了一句有名的话：“圣人不能违时，亦不失时矣。”
然而在这个机会面前，曹操最终选择了放弃。他沉吟半晌，也说了一句有名的话：“人苦无足，既得陇右，复欲得蜀。”或许汉中得来的太侥幸了，让曹操想到七年前的教训，轻易拿下襄樊，却在随后的进攻中遭遇了一生中最为惨痛的赤壁之战。这时候，曹操继续向前迈一小步就很可能成就大业。然而由于心中有顾虑，朝中有忧逼，曹操再无一日一夜奔袭三百里的锐气了。
七日后，有投降的蜀人说，蜀中听说汉中门户被曹操打开，“一日数十惊”。曹操这才知道，蜀中原来已经乱成一片，后悔莫及，又不甘心地问刘晔：“今尚可击不？”刘晔回答：“今已小定，未可击也。”
既然西蜀已经不能攻打，曹操就留下夏侯渊、张郃和徐晃守卫汉中，自己引兵北还。
刘备率兵赶来的时候，曹操已经离开汉中。法正看出其中的玄机，他向刘备献策说，曹操一举而降张鲁、定汉中，却不顺势攻占巴蜀，这不是他能力不足，而是他朝廷内部有忧逼。现在关中守将夏侯渊、张郃能力不足，我们率兵攻打，一定能够攻克。
汉中是西蜀的大门，这道门由别人把守，西蜀早晚都不得安宁，再加上法正把形势分析得这么透彻，刘备就下了攻打汉中的决心。
公元215年，张郃率兵攻略巴西、巴东两郡，打算把当地百姓迁往汉中，刘备就派张飞抗击张郃。两军在八蒙遭遇，张飞一边坚守阵地，一边分出万余精兵，出其不意地从小路突袭张郃。张郃首尾无法相顾，被打得丢盔弃甲，只带了十余人逃出重围。
明朝时，人们在四川流江县发现了一处摩崖石刻，上书二十二字铭文：“汉将军飞，率精卒万人，大破贼首张郃于八蒙，立马勒铭。”这处铭文被人称为《张飞立马铭》，张飞擅长书画，这铭文当是出自他的手笔。
这是一场关键的胜利，因为不仅打得曹军龟缩汉中，只求自保，还坚定了刘备攻打汉中的信心。218年，刘备开始了他一生中最伟大的一场战争，他留诸葛亮驻守成都，自己亲率法正、黄忠、魏延等大将向汉中进发。
刘备没有一上来就硬拼猛打，他先派张飞、吴兰等人到武都，攻击汉中的侧翼。汉中侧翼由曹洪守卫，张飞使了个计，兵分两路，扬言要袭击曹洪军的后路，当初就是这样打败张郃的。但曹洪没上当，他没有分兵，集中兵力迎战张、吴。张飞、吴兰不敌，吴兰逃到少数民族部落，后被杀害，张飞也被迫撤离武都。
侧击失败后，刘备就亲率大军攻击汉中的门户阳平关。当初曹军就是在这里白白捡了个胜仗，进入汉中的。但刘备没有曹操的幸运，夏侯惇和张郃也不是张卫，他们俩亲自率领重兵把守在这里。刘备选了万余精兵轮番进攻，却没有丝毫进展。
曹刘双方就这样在阳平关对峙着，不觉间一年的时间过去了。三国时代的战争较少急战，都是这种长时间对峙的阵地战，没有耐力的人是撑不了的。
公元218年，刘备使出了分兵之计，派陈式攻击阳平北面的马鸣阁道，却遭到徐晃的截击，损失惨重。
这一来，刘备就陷入了极大的困境中：久攻不下人困马乏，同时兵力损失也很大。但刘备已经无路可退，当下之计，必须坚持到底，于是就写信让诸葛亮征调留守部队增援汉中。此时益州的后备力量已经全被抽空，诸葛亮哪里还有兵可派啊。他便去找杨洪商量，杨洪说，汉中是西蜀的咽喉，如果汉中拿不下，曹军必会趁机反攻西蜀，这是家门之祸。哪怕让所有的男人都去战斗，所有的女人都去运军需，也得死战到底。
诸葛亮于是临时征兵，增援汉中，蜀中但凡走得动路的人都被发动起来，加入了这场悲壮的门户争夺战。刘备也打红了眼，冒着如雨的箭矢亲临一线，谁劝也不下去。法正见状，也不再劝，自己跑到刘备前面为他挡箭。刘备一见，忙让法正退下，法正却拒绝道，明公您都亲自挡箭，何况小人我？刘备只好说，好吧孝直，我们一起退下吧。可见，刘备并不是只会哭只会逃，他的体内也蕴藏着英雄的血性和不怕死的精神。如果不是这样的人，又怎么能在群雄中脱颖而出？
正面攻打依然没有任何进展，必须变换策略。法正提出，要想办法把敌人引出来，然后再痛下杀手，攻敌人之必救。公元219年，刘备带领主力部队悄悄地渡过汉水支流，向汉中的西面门户定军山进发，出人意料地攻下了守备薄弱的定军山。汉中的门户终于被刘备撬开了一条缝，战争的主动权落到刘备手中。
曹军这边急了，赶忙在汉水南岸和定军山东侧修建营寨，以挡住刘备北上的步伐。刘备夜里发动突袭，火烧曹营。夏侯惇的弟弟夏侯渊率轻骑前往救援，刘备早料到这一步，派黄忠在半路伏击夏侯渊。夏侯渊始料不及，被杀死于乱军之中，部队也被击溃。刘备乘胜追击，占据了汉中西部各个要地。
曹军吃了大亏，曹操闻知急忙亲自率兵赶赴阳平关。刘备此时据有要地，确知胜券在握，便豪情万丈地说：“曹公虽来，无能为也，我必有汉川矣。”从当初的逢曹必败，到现在的豪言壮语，世事轮回，江山易主。
刘备对付曹操其实只有一招，就是和当初曹兵一样，占据地利，坚守不出。此地本就易守难攻，再加上曹军劳师袭远，无法持久，刘备的信心不是空穴来风。
果然，坚持一个月后，曹操这边就军粮匮乏人心涣散了。某天晚上，曹操将当天的查哨暗号定为“鸡肋”。不久，他就放弃了这块“鸡肋”，引兵回朝。至此，汉中尽归刘备。
荆州是借来的，益州是诈来的，唯有汉中是刘备冒着箭雨硬生生地打来的，所以汉中之战是刘备一生中最光辉的一次战役。夺得汉中后，刘备志得意满，当仁不让地自称为“汉中王”，这是他一生中最辉煌的时刻，事业的巅峰时期。稍后不久，他的兄弟关羽在荆州也立下战功，一时威震华夏。
在战争中，一方的胜利既是己方努力的结果，也是对方失策拱手奉送机会的结果。曹操如果在占有汉中后得陇望蜀，拿下一日十惊、惶惶不安的西蜀，令刘备失去容身之地，天下也许不会出现三分的局面。然而曹操错误地吸取了赤壁之战的教训，丧失了一举灭蜀的机会。吸取经验教训的态度是对的，然而用刻舟求剑的方式来吸取就是错误的。过去的经验运用得当是助益，运用不当就是羁绊，这中间的关键就是能否客观地看清楚当时的现实。