刘备接受法正的建议，亲自率领大军同赵云、黄忠等北攻汉中，安排法正随军参与军机，又派张飞、马超、吴兰率军人武都，屯下辨（今甘肃成县西），从侧面牵制曹军。留诸葛亮守成都，负责军需供应。刘备大军屯驻阳平关，与夏侯渊对峙。

　　218年春，曹操命曹洪领兵进攻下辨蜀军，吴兰战败被杀，张飞、马超退走，武都为曹军所占。这时在阳平关的刘备与曹军接战，也未见进展，形势对蜀军不利。刘备急求诸葛亮发兵支援。蜀郡从事杨洪说：“汉中是益州的咽喉，存亡的关键，没有了汉中也就没有了蜀地，这是家门前的祸患。当今的事情，男子应该参战，女子应该运输，发兵前线还迟疑什么呢？”诸葛亮对杨洪的见解很欣赏，立即发兵增援前线。

　　曹操听说刘备集中兵力夺取汉中，也坐镇长安，声援汉中诸将。219年（建安二十四年）正月，刘备率军进逼定军山（今陕西勉县东南）。定军山是汉中西面的门户，地势险要，如果失守，汉中就难保了。刘备安营扎寨后，据险不战，夏侯渊“恃勇”领兵夺取，法正看准时机说“可击矣”，刘备命令黄忠乘高鼓噪而下，“金鼓振天，欢声动谷”，黄忠一马当先，一战将夏侯渊斩杀，曹军大败。张邰只好率军退到阳平。

　　黄忠早年在荆州牧刘表手下任中郎将。刘备南定荆州四郡时，他投靠了刘备，后随刘备人蜀，攻打刘璋，经常身先士卒，登城陷阵，勇冠三军。刘备占据益州后，封他为讨虏将军。这次汉中之争，他虽然上了年纪，但仍老当益壮。他督率蜀军精锐，击鼓呐喊，一马当先，冲向敌阵。经过激烈战斗，终于打败曹军。刘备提升他为征西将军。

　　夏侯渊是曹军中有名的将领。他作战非常勇猛，无所畏惧。他率领的部队行动迅速，常能出其不意战胜敌人。因此军中称：“典军校尉夏侯渊，三日五百，六日一千。”他曾领兵打败马超、宋建，占据陇右，战功很大。曹操曾赞扬他说：“虎步关右（西），所向无前”。但是曹操对夏侯渊逞强恃勇，鲁莽无谋的缺点，也很担心，经常告诫他说：“做将领的应该有怯弱的时候，不能一味恃勇蛮干。勇固然是将领的根本，但还必须善于用智谋计策。只知逞勇，不过是匹夫之敌”。

　　夏侯渊死后，汉中曹军由张邰统领。张邰在关上布置防务，抚慰将士，军心慢慢稳定下来。曹操得知汉中战场失利的消息，从长安出斜谷，迅速赶赴阳平前线。双方又展开了鏖战。这时。蜀军士气旺盛，信心十足。刘备对随从将吏说：“曹操虽然再来，也无能为力了，汉中必然归我所有。”蜀军据守险要之处。曹军多次挑战，蜀军不与交锋。

　　一次，曹军运米至北山下，黄忠领兵去夺取。赵云领少数骑兵接应，中途突然和大队曹军遭遇。赵云毫无惧色，突击其阵，将敌军打散。赵云且战且退，曹军又汇台起来，追至赵云营寨。赵云入营之后采用“空营计”，大开营门，偃旗息鼓。曹军怀疑有埋伏，不敢进攻，急忙退走。这时赵云又擂鼓震天，虚张声势，并用弓箭在后面射击曹军。曹军惊慌逃去。第二天，刘备来到赵云营寨，察看昨天作战的地方，不禁称赞说：“子龙一身都是胆啊！”

　　曹操果然放弃汉中，带兵返回长安。刘备虽然夺得汉中之地，但并未全部得到汉中之民，因为曹操前此已经将大量人口迁出。丢掉汉中，对曹操来说，固然是军事方面的一个损失。但他放弃汉中，也是为了集中力量于荆州、扬州战场。刘备占据汉中之后，叉派刘封、盂达等，攻取了汉中郡东部的房陵（今湖北房县）、上庸（今湖北竹山西南）等地，势力更加扩大了。刘封、孟达统兵驻扎在三郡中心的上庸。这样沿着沔水（汉水）下去，汉中可以经西城（刘备分汉中郡置，今安康西北）、上庸、房陵通向襄阳，汉中对刘备、诸葛亮就更加重要了。

　　刘各夺取汉中，主要是在法正的协助下完成的，诸葛亮并没有到前线去，但诸葛亮支援前线，供应战争所需物资，以及向前线补充输送军队的工作，相当出色，“足食足兵”，这对保证战争的胜利起了重要作用。