刘备听了这个消息，正中下怀，便随法正入川。刘璋自到涪县（今四川绵阳县）和他相见，给了他许多兵马，还给了许多粮饷财帛，让他镇守白水关（在四川昭化县西北）。
曹操本来准备进攻张鲁，还没有进兵，西北凉州军阀韩遂、马超等人反叛了。曹操亲自西征，虽然把他们打败，然而进攻张鲁之事，却亦因此而未能实行。
公元212年，曹操又自己带兵去攻孙权。刘备就对刘璋说，孙权差人来求救，我和他本来是互相唇齿的，不得不去救。请刘璋再借一万名兵和军资器械，想要东还。刘璋给了他四千名兵，其余的东西都减半发给。张松听到这个消息，着急了，写信给刘备说，大事垂成，何可舍之而去？张松的哥哥张肃见他如此私通外敌，怕他连累于己，便把他举发了。刘璋便收斩张松，发命令给各关的守将，叫他们不得再和刘备往来。
刘备就以这个为借口发作。刘备趁白水关守将杨怀、高霈来见，把他们拘留起来，进了白水关，把关中的兵都收编了，而将其家属留作人质，进据涪县。刘璋派兵抵御，都非败即降。刘备进围雒县（今四川广汉县），这雒县是刘璋的儿子刘循守的，到底利害切身，守了一年，直到公元214年夏天才破，刘备就进攻成都。刘璋自知无力抵抗，守了几十天，就投降了。
至此，曹操占据中原，孙权占据江东，刘备占据西南的三国鼎立形式，基本形成。
献帝禅让，大汉落幕
曹操的南征，在赤壁之战中被孙权和刘备的联军击败破产后，三国鼎立的局面逐渐形成。曹操回到许昌后，开始巩固自己的地位。公元213年，曹操自立为魏公，加九锡。建魏国，定国都于邺城。魏国拥有冀州十郡之地，置丞相、太尉、大将军等百官。
这一年，曹操亲率四十万大军，南征孙权。第二年正月，曹军进攻濡须口（今安徽巢县东南），攻破孙权设在江北的营寨，生擒守将公孙阳。孙权亲率军七万到濡须口抵御曹军。二军对峙一个月，都占不到便宜。曹操见孙权带兵颇有一手，自己难以取胜，就撤军北还。
公元215年，曹操见刘备已经占领益州，而汉中是益州的门户，“若无汉中，则无蜀矣“，刘备下一步必然是要攻取汉中。于是曹操抢先一步，率十万大军亲征汉中张鲁。五月，攻克河池，斩氐王窦茂；七月，曹操大军来到阳平关（今陕西勉县西北）。张鲁听说阳平关失守，救逃跑到巴中。曹操进军南郑（汉中首府），尽得张鲁府库珍宝。十一月，张鲁投降曹操，于是汉中被曹操占领。