第二天，曹操先派夏侯淵、張郃兩支軍隊，到遠處埋伏；然後讓徐晃去挑戰，沒打幾個回合就假裝戰敗逃走。龐德指揮軍隊掩殺過來，曹兵全部後退。龐德於是奪取了曹操的營寨。看到寨中糧草極多，龐德非常高興，立刻向張魯報告；一面在寨中設宴慶賀。
當夜二更過後，忽然三個方向燃起大火：正中間是徐晃、許褚，左邊是張郃，右邊是夏侯淵。三路軍馬，一齊來劫營。龐德來不及防備，只好上馬衝殺出來，朝著城的方向逃去。背後三路追兵趕來。龐德急忙叫人開啟城門，帶領軍隊一擁而入。
這時，曹操派來的細作已經混進城中，直接到楊松的府上拜見，詳細地說：“魏公曹丞相久聞您的盛德，特地派我送金甲作為信物。還有密信呈上。”楊松非常高興，看了密信中的內容，對細作說：“回覆魏公，請他放心。我自有良策回報。”打發來人先回去，便連夜進宮去見張魯，說龐德接受了曹操的賄賂，故意輸掉這一仗。
張魯大怒，把龐德叫來責罵，想要斬殺他。閻圃苦苦勸諫。張魯說：“你明天出戰，如果不能取勝就一定斬殺你！”龐德滿懷怨恨地退下。
第二天，曹兵攻城，龐德領兵衝了出來。曹操命令許褚出戰。許褚假裝戰敗，龐德追了過來。曹操親自騎著馬在山坡上喊道：“龐令明（龐德，字令明）為什麼不早點投降？”
龐德心想：“抓住曹操，抵得上一千員上將！”於是飛馬上坡。忽然一聲喊叫響起，天崩地塌一般，連人帶馬，跌入陷坑內；四周的鉤索一齊伸上前，活捉了龐德，押到山坡上。
曹操下馬，叱退軍士，親自為龐德解開綁繩，問龐德是否願意投降。龐德想到張魯不仁不義，便情願投降。曹操親自扶他上馬，一起回到大寨，故意讓城上的人看到。有人報告張魯，說龐德和曹操並馬而行。張魯更加相信楊松的話是真的了。
第二天，曹操三面豎起雲梯，用飛炮攻打。張魯見形勢已經到了極點，和弟弟張衛商議。張衛說：“放火把倉庫和府庫都燒光，逃奔南山，去把守巴中就行了。”楊松說：“不如開門投降。”張魯猶豫不決。張衛說：“還是燒了就走。”
張魯說：“我本來就想歸順朝廷，只是心願沒有達成；如今不得已才出逃，倉庫和府庫，是國家所有的，不能毀掉。”於是把倉庫都封鎖起來。
當夜二更，張魯帶著全家老小，開啟南門殺出。曹操下令不要追趕；帶兵進入南鄭，看到張魯封閉了庫藏，心裡很是憐惜他。於是派人前往巴中，勸說張魯投降。
張魯想要投降，張衛不肯。楊松寫密信報告曹操，讓曹操進兵，他願意作為內應。曹操收到信後，親自帶兵前往巴中。張魯派弟弟張衛領兵迎敵，與許褚交鋒；被許褚斬於馬下。敗軍回去報告張魯，張魯想要堅守。
楊松說：“現在如果不出去迎戰，就是坐以待斃了。我守城，主公應當親自去決一死戰。”張魯聽從了他的話。閻圃勸諫張魯不要出城。張魯不聽，於是帶兵出城迎戰。還沒等交鋒，後軍就已經開始逃跑。張魯急忙後退，背後曹兵追了上來。
張魯跑到城下，楊松閉門不開。張魯無路可走，曹操從後面追上來，大喊：“為什麼不早點投降！”張魯於是下馬投降。曹操大喜；念及他封鎖倉庫的心意，以優厚的禮節對待他，封張魯為鎮南將軍。閻圃等人都被封為列侯。於是漢中全部平定。
曹操傳令各郡分別設定太守，安排都尉，重賞士卒。只有楊松賣主求榮，曹操當即下令將他在集市上斬首示眾。後人有詩感嘆道：“妨賢賣主逞奇功，積得金銀總是空。家未榮華身受戮，令人千載笑楊松！”
曹操已經得到了東川，主簿司馬懿進言說：“劉備靠欺詐和武力奪取了劉璋的地盤，蜀地的百姓還沒有真心歸附他。如今主公已經得到了漢中，益州震動。可以迅速進兵攻打益州，劉備的勢力勢必會瓦解。有智慧的人貴在抓住時機，時機不可錯過啊。”
曹操感嘆道：“人就怕不知足，已經得到了隴地，還想著蜀地嗎？”劉曄說：“司馬仲達（司馬懿，字仲達）的話是對的。如果稍微遲緩，諸葛亮善於治國擔任丞相，關羽、張飛等勇冠三軍擔任將領，蜀地的百姓安定下來後，據守關隘，就難以侵犯了。”
曹操說：“士卒們長途跋涉很是勞苦，暫且應該加以撫卹。”於是按兵不動。
再說西川的百姓，聽說曹操已經奪取了東川，料想他必定會來奪取西川，一天之內，多次驚恐不安。劉備請軍師商議。
孔明說：“我有一計，能讓曹操自己退兵。”劉備問是什麼計策。孔明說：“曹操分兵駐守合淝，是害怕孫權。如今我們如果把江夏、長沙、桂陽三郡歸還給東吳，派遣能言善辯的人，陳說其中的利害關係，讓孫權起兵襲擊合淝，牽動局勢，曹操必定會帶兵南下。”
劉備問：“誰可以作為使者？”伊籍說：“我願意前往。”劉備非常高興，於是寫了書信，備下禮物，讓伊籍先到荊州，通知關羽，然後再進入東吳。
伊籍到了秣陵，去見孫權，先通報了自己的姓名。孫權召伊籍進去。伊籍見過孫權，行完禮後，孫權問：“你來這裡做什麼？”
伊籍說：“昨天承蒙諸葛子瑜（諸葛瑾，字子瑜）來取長沙等三郡，因為軍師不在，沒有及時交割，現在傳書送還。所有荊州的南郡、零陵，本來也打算送還；但是被曹操襲取了東川，讓關將軍沒有容身之地。如今合淝空虛，希望君侯起兵攻打，讓曹操撤兵回南方。我的主公如果奪取了東川，就歸還荊州全部土地。”
孫權說：“你先回館舍，容我商議一下。”伊籍退出，孫權向眾謀士詢問計策。張昭說：“這是劉備害怕曹操奪取西川，所以才用這個計謀。雖然如此，可以趁著曹操在漢中，乘勢奪取合淝，這也是上策。”
孫權聽從了他的建議，打發伊籍回蜀地，然後就商議起兵攻打曹操：命令魯肅收取長沙、江夏、桂陽三郡，屯兵於陸口，把呂蒙、甘寧召回來；又去餘杭把淩統召回來。
沒過幾天，呂蒙、甘寧先到了。呂蒙獻策說：“如今曹操讓廬江太守朱光，屯兵在皖城，大開稻田，把收穫的稻穀運到合淝，來充實軍糧。現在可以先奪取皖城，然後攻打合淝。”
孫權說：“這個計策很合我的心意。”於是讓呂蒙、甘寧作為先鋒，蔣欽、潘璋作為後援，孫權自己帶領周泰、陳武、董襲、徐盛作為中軍。當時程普、黃蓋、韓當在各處鎮守，都沒有隨軍出征。
東吳的軍馬渡過長江，奪取和州，直接到達皖城。皖城太守朱光，派人到合淝求救；一面固守城池，堅守不出。孫權親自到城下檢視時，城上箭如雨下，射中了孫權的麾蓋。
孫權回到營寨，問眾將說：“怎樣才能奪取皖城？”董襲說：“可以派軍士築起土山攻打。”徐盛說：“可以豎起雲梯，建造虹橋，向下觀察城中然後攻打。”
呂蒙說：“這些方法都要耗費很多時間才能成功，合淝的救兵一到，就無法奪取皖城了。如今我軍剛剛到達，士氣正銳，正可以趁著這股銳氣，奮力攻打。明天天亮進兵，中午到下午的時候就應當能攻破城池。”
孫權聽從了他的建議。第二天五更吃完飯後，三軍大舉進攻。城上箭石齊下。甘寧手執鐵鏈，冒著箭石衝了上去。朱光命令弓弩手齊射，甘寧撥開箭林，一鐵鏈打1倒朱光。
呂蒙親自擂鼓。士卒們都一擁而上，亂刀砍死朱光。其餘的人大多投降，拿下皖城時，才到辰時。張遼帶領軍隊走到半路，哨馬回來報告說皖城已經失守。張遼立即回兵返回合淝。