正在曹操忙着准备封公建国的时候，刘备却在荆州问题上对东吴作了较大让步，稳定了荆州方向的后患，回过头来准备和曹操争夺汉中。当时蜀中谋士法正给刘备出主意：
“曹操一举而降张鲁，定汉中，不因此势以图巴、蜀，而留夏侯渊、张郃屯守，身遽北还，此非其智不逮而力不足也，必将内有忧偪故耳。今策渊、郃才略，不胜国之将帅，举众往讨，则必可克。（克之）之日，广农积谷，观衅伺隙，上可以倾覆寇敌，尊奖王室，中可以蚕食雍、凉，广拓境土，下可以固守要害，为持久之计。此盖天以与我，时不可失也。”
给刘备分析道，如今曹操正在忙着处理内部问题，让夏侯渊和张颌留守汉中，这两人的才略并不如我方，举兵去伐，定能攻克，一旦能攻克汉中就可以慢慢广积钱粮，等待时机，等到时机成熟便可以进一步向北攻伐，成就大业，或者慢慢蚕食雍、凉二州，开疆扩土，最差也可以占据险要的地势，以求自保。并认为这是一个非常难得的机会，机不可失。
可以看出当时刘备集团已经充分认识到了汉中的重要性，想保有益州，就必须关上汉中这道北门。而且汉中也可以作为北进关中的跳板，隆中对有以下部分：“天下有变，则命一上将将荆州之军以向宛、洛，将军身率益州之众出於秦川，百姓孰敢不箪食壶浆以迎将军者乎？诚如是，则霸业可成，汉室可兴矣。”提出天下有变则可以两路出兵，一路从荆州北上，一路从汉中经秦川向北进军。可见汉中对刘备集团的根据地和发展前景都非常重要，自然是非争不可了。
当时夏侯渊屯兵汉中，而张颌则已经深入到了益州的巴东、巴西两郡活动，按照曹操的命令迁徙这两郡的百姓到汉中。于是刘备先让张飞在巴西郡的宕渠迎击张颌，把张颌赶回了汉中。
随后，建安二十三年刘备开始向汉中用兵。一开始曹军方面打了几次胜仗，刘备方面先是派遣将军吴兰、雷铜等入武都郡，屯兵下辨城。曹操便派大将曹洪带兵前去征讨。当时张飞又带兵占据了下辨城北方的固山，想切断曹军的后路。曹军将帅一时都不知如何是好，这时候参军曹休分析道：“贼实断道者，当伏兵潜行。今乃先张声势，此其不能也。宜及其未集，促击兰，兰破则飞自走矣。”认为要是果真想断我们的后路，敌军必然会悄悄行动，如今他们这样大张旗鼓必定不是要断道。不如趁敌人尚未集结，全力进攻吴兰，打败吴兰则张飞也就会自己撤军了。于是曹洪听从他的建议，果然打败了吴兰，吴兰在逃跑路上被氐人所杀，张飞也败走汉中。
刘备自己则率领着主力部队，进军到阳平关与夏侯渊和张颌对峙。当时夏侯渊和徐晃一起驻守阳平关，而张颌则在广石，互成犄角之势。刘备便打算派遣陈遣、陈式等十余营切断马鸣阁道，以分割夏侯渊和张颌，一个个吃掉。可是派出去断道的蜀军，被徐晃带兵击败，史载：
贼自投山谷，多死者。太祖闻，甚喜，假晃节，令曰：此阁道，汉中之险要咽喉也。刘备欲断绝外内，以取汉中。将军一举，克夺贼计，善之善者也。
蜀军有很多都跌落山谷，曹操知道后很高兴，还特意表扬了徐晃。于是刘备又以精卒万余，分为十部，在夜间猛攻广石，想先吃掉张颌。但张郃不愧为名将，关键时刻身先士卒率亲兵搏战，保住了广石。
几次作战都不利，刘备只好让成都的诸葛亮发兵支援。当时诸葛亮问从事杨洪的看法，杨洪说：“汉中则益州咽喉，存亡之机会，若无汉中则无蜀矣，此家门之祸也。方今之事，男子当战，女子当运，发兵何疑？”再次分析认为汉中对益州实在是太重要了，必须全力争夺。于是诸葛亮在后方做好后勤，全力支持前线，使刘备做到“足食足兵”。刘备集团如此重视汉中、同心同德、团结合作、全力以赴，最后能夺得汉中也就不足为奇了。
双方在阳平关对峙两年后，蜀军南渡汉水转而占据定军山。定军山、阳平关都是进入汉中的屏障，孙子兵法中说：“险形者，我先居之，必居高阳以待敌；若敌先居之，引而去之，勿从也”，刘备不再继续强攻阳平关，转军定军山正是要达到这种效果，变被动为主动。蜀军在定军山安营扎寨后，夏侯渊果然出动部队来争夺，刘备夜间发动袭击，烧掉了曹军营外的鹿角（也称拒马），夏侯渊派张颌守东围，自己却带了少数部队去南围补鹿角。蜀军从高处望见，于是老将黄忠出战，部队金鼓震天、欢声动谷，大破曹军，夏侯渊和曹操所封的益州刺史赵颙都被杀死。
夏侯渊死后曹军撤回了阳平关。由于刚刚打了败仗，连主帅都被杀了，于是大家都很惊恐。司马郭淮于是推选张颌作为统率，说：“张将军，国家名将，刘备所惮；今日事急，非张将军不能安也。”张颌于是统率大军，安顿军心，人心才稳定下来。曹操知道后也同意此次人事变动，给张颌补发了正式的任命书。
曹操给夏侯渊益号为愍侯，愍即哀怜的意思。在曹操的《军策令》中对此事也有总结：
“夏侯渊今月贼烧却鹿角。鹿角去本营十五里，渊将四百兵行鹿角，因使士补之。贼山上望见，从谷中卒出，渊使兵与斗，贼遂绕出其后，兵退而渊未至，甚可伤。渊本非能用兵也，军中呼为”白地将军“为督帅尚不当亲战，况补鹿角乎？”
认为做将帅不应该亲自作战，更何况亲自去做补鹿角这种小事情。夏侯渊和曹操是连襟，也是曹操的得力爱将。如今这个镇守汉中的大将被杀，曹操如失一臂，悲伤可想而知。