劉備在荊州做出重大讓步，這個損失要從別的地方找回來。
對劉備來說，最近幾年格外順利，一切都是在按照諸葛亮在隆中設計的規劃實施的，在這份規劃裡諸葛亮提出兩路出擊北方的設想，一路是荊州，一路是益州，只有這樣才能取得成功，劉備對此越來越深信不疑。
要從益州進攻北方，漢中就是關鍵所在，現在曹操提前下手取了漢中，這是一個麻煩，所以漢中必須奪過來。除了諸葛亮，法正也建議奪取漢中，他進行了詳細的分析：“曹操一舉收服張魯，佔有漢中，沒有借此勢頭進圖巴、蜀，只是留下夏侯淵、張郃屯守，自己率軍北還，這並不是他戰略目光短淺，也不是他力量有所不及，必然是他的內部出現了問題。現在看，以夏侯淵、張郃的才略還無法勝任帥才，如果率大軍前往征討，必能攻克。攻克漢中後，在那裡發展農業，積蓄糧谷，然後尋找機會，上可以徹底打敗敵人，重振漢室；中可以蠶食曹魏的雍州、涼州，廣泛開拓境土；下可以固守於要害，與敵人展開持久戰。這正是機不可失，時不再來呀！”
這段時間諸葛亮的主要精力都放在協調內部事務上，又承擔著左將軍府的日常工作，具體用兵方略方面法正反倒考慮得比較多。
法正認為漢中不僅要取，而且要快，現在正是出兵漢中的好機會。劉備雖然也認同這個意見，但出兵漢中畢竟是件大事，赤壁之戰後他與曹操盡量避免直接衝突，因而獲得了難得的發展機遇，如果出兵漢中的話，就要直接跟曹操過招，勝算有多少，劉備心裡沒底。
但法正說得對，機不可失，時不再來，有情報顯示曹操那邊的確被一些內部的“憂偪”纏身，分不出更多精力來，這正是用兵的好時機。
建安二十三（218）春天，經過準備，劉備正式出兵漢中。
劉備命諸葛亮留守成都，負責後勤供應和補充兵員，自己率主力北上。劉備把大軍分成東、西兩路：東路由自己率領，包括法正、趙雲、黃忠、魏延等部，由成都北上直取漢中；西路由張飛率領，包括吳蘭、雷銅等部，向西攻擊漢中的側翼，目標是曹軍在漢中以西的重鎮下辯。
下辯在今甘肅省成縣一帶，是漢中郡的西鄰，屬曹魏雍州刺史部的武都郡，那一帶有羌人聚居，考慮到馬超在羌人中有很大影響力，劉備讓馬超隨張飛行動。負責鎮守漢中的夏侯淵得到消息後，趕緊向遠在鄴城的曹操報告，曹操派曹洪、曹休率一支人馬增援。劉備的西路軍搶先佔領了下辯，曹洪、曹休率軍趕到，把他們圍了起來。
在“諸夏侯曹”裡曹洪的資歷比較老，早在官渡之戰前他就已經是厲鋒將軍了，後升任都護將軍，相當於兵團司令。曹休是曹家的下一代，之前長期在虎豹騎任職，資歷差得多，此次才被曹操提拔為騎都尉，同時擔任曹洪的參軍。曹操對這個侄子很信任，對他說：“你名義上是參軍，實際上是統帥。”
這是要越級指揮了，是兵家大忌，怎麼看這話都不像曹操說的。但分析一下也許是真的，曹操此時已經開始著手培養曹氏下一代，曹丕、曹植、曹彰、曹休、曹真等人大約都20歲，曹氏的基業要綿延常青還得靠他們。反觀曹洪，近20年來基本沒有太大作為，史書提到他都是說他如何富貴、如何有錢，現在的曹洪已經不是之前那個能打能拼的曹子廉了。
目前曹仁坐鎮襄陽，夏侯淵就在漢中，夏侯惇身體不好，在東南戰場的居巢坐鎮，也抽不出身來，只有曹洪可以掛這個帥。曹操讓曹洪當主將，實際卻以曹休為主，並且有意把這件事透露了出去，曹洪得知後，乾脆把指揮權交給了曹休。為保險起見，曹操派老成持重的辛毗前去輔助，臨行前專門找辛毗談了一次話，對他說：“過去漢高祖劉邦貪財好色，所以張良、陳平匡正他的過失，現在你跟曹休的擔子也不輕啊！”
對曹休來說，終於等來了露臉的機會，這一次得好好表現。曹洪、曹休把吳蘭圍在了下辯，劉備派張飛屯駐於固山，揚言要斷曹軍的後路，如何應對，大家有爭論，有人認為應進攻固山，以防止大軍的後路被切斷，曹休反對：“敵人如果真想斷我方後路，肯定會悄悄進行，現在這麼大張旗鼓地要斷我們的後路，中間肯定有文章。我們應該別管這個，趁他們人馬沒有集齊之際抓緊攻打吳蘭，吳蘭一破，張飛肯定會撤兵。”
曹洪全聽曹休的，下令全軍猛攻下辯。
還真讓曹休料對了，張飛屯兵固山的目的確實是想讓曹軍分兵，以解吳蘭之圍，曹軍猛攻下辯，吳蘭、雷銅被打敗，部將任夔被殺，吳蘭、雷銅逃出下辯後被氐人部落首領抓住也給殺了，將首級送到了曹營。
以上是漢中之戰前發生的武都之戰，劉備所部大敗。
為慶祝勝利，曹洪命令大擺酒宴，席間還讓歌伎穿著暴露的衣服蹋鼓而舞，眾將嘻嘻哈哈，很不嚴肅。
曹操一向治軍很嚴，曹軍中怎麼會有歌伎呢？曹洪這個人不僅貪財，而且好色，家裡養有歌伎，仗著資格老沒人敢管，外出打仗也帶上，曹操也知道這些，所以才會給辛毗交代任務時專門提到了貪財好色的劉邦。
辛毗應該也在座，但他大概想了想沒敢吱聲。不過還是有人看不下去，這就是武都郡太守楊阜，本地的父母官，楊阜當眾斥責道：“男女之別是國家的大節，怎麼能在大庭廣眾之中暴露女人的身體？即使夏桀、商紂之亂，也不過於此！”楊太守一點都不給面子，一甩袍子，走了。曹洪倒也知趣，趕緊把歌伎們撤下，又讓人把楊阜請回來。
雖然是個小插曲，卻說明了一個大問題，曹軍初創時的那種能吃苦、敢拚命的精神正在悄悄散去，隨著事業越做越大，大部分人都升了官，不少將領還封了侯，有了食邑，享樂之風正在曹軍將士中蔓延，這極大地削弱了曹軍的戰鬥力，近年來曹軍戰績不佳，這恐怕是一個重要原因。
初戰不利，卻沒能動搖劉備奪取漢中的信心。
劉備率主力很快到達陽平關前，隨行的有法正、黃忠、趙雲、魏延等，張飛、馬超隨後也趕來會合，曹操只好決定親自率軍來支援。
建安二十三年（218）7月，曹操率軍從鄴縣出發。前方已經十分吃緊了，但曹操似乎並沒有那麼緊張，路過弘農郡時，聽說獻帝劉協的哥哥、弘農王劉辯死後埋在這裡，他還想到墳前弔唁，弘農郡本地人、擔任黃門侍郎的董遇進諫道：“根據《春秋》大義，即位不滿一年就死去的國君還不能稱為君，弘農王在位時間很短，又被暴臣董卓挾持，最後降位為藩王，不應該拜謁。”
曹操認為說得有理，才作罷。
9月，曹操率大軍到了長安，路上走了兩個月，太慢了。這時從合肥方面傳來消息，右將軍樂進因病去世，曹操聽後十分難過。樂進從曹操己吾起兵時就跟隨他，算是曹家軍的創始人之一。這個小個子從曹操身邊的帳下吏幹起，最終成長為曹軍的高級將領，他作戰勇敢，有謀略，是一個難得的素質全面的大將。曹操下令追贈樂進謚號為威侯，爵位由其子樂
繼承，樂後來官至揚州刺史。
曹操又在長安停留了一段時間，大概有兩三個月時間，原因不詳，但對前方的戰局卻產生了重要影響。
陽平關外，劉備率部多次發起進攻。
在夏侯淵的指揮下，曹軍展開阻擊，依托有利地勢打退了敵人的進攻。但到了次年的正月，劉備所部終於有了收穫，前鋒越過了陽平關。
漢中的核心地帶是一塊由漢水河谷擴展開的盆地，四周都是高山，重要的城鎮幾乎都在漢水兩岸。陽平關是這塊盆地的西大門，它坐落於漢水之上，從陽平關沿著漢中往前，可以到達漢中郡的中心城市南鄭，但在到達那裡之前還會遇到一處屏障，就是定軍山。
定軍山位於漢水之南，今陝西省勉縣城南十多里處，屬大巴山脈，與漢中盆地周邊的深山大川相比，它海拔並不是很高，主脈是由十二座東西綿延的山峰組成，總長二十多里，其最高處海拔不過800多米，由此再往東，就是平川了。也就是說，定軍山雖然是一道屏障，但卻並不是特別險要，劉備率軍攻到這裡，曹軍就危險了。
夏侯淵急忙來搶，雙方展開激戰。
劉備發動夜襲，燒了曹軍營壘的鹿角，這時候夏侯淵駐守在西邊的營寨，張郃駐守東邊的營寨，劉備集中力量攻擊張郃，張郃有點頂不住了，夏侯淵把自己這邊的守軍分出一半增援張郃，可這樣一來就出大事了。
夏侯淵是親自率兵來增援張郃的，法正看到後，覺得機不可失，建議劉備猛攻，不惜一切代價直取夏侯淵。劉備命黃忠擔任主攻，咬住夏侯淵的增援部隊不放，一陣猛打猛衝，曹軍大敗，征西將軍、博昌侯夏侯淵居然戰死沙場，一同戰死的還有曹操任命的益州刺史趙顒。
定軍山之戰，一代名將夏侯淵喪命，但也成就了另一位名將黃忠的大名，同時也讓劉備的軍師法正名揚天下。曹操後來聽說了定軍山之戰的全過程後就記住了法正的名字，曹操認為劉備沒有這兩下子，一定是有高手在旁邊輔助。看來在曹操的心目中劉備還是那個在走投無路時投靠在他的門下，又多次被他打得落荒而逃的人，但那是老眼光了，劉備顯然已今非昔比，他已經從寄人籬下、看人眼色的流浪者，迅速成長為足以與自己並駕齊驅的猛角色。
曹操以前告誡夏侯淵說“做大將的也有示弱的時候，不能一味恃強鬥狠。為將者應該以勇為本，以智取勝，有勇無謀只不過是一介匹夫罷了”，夏侯淵戰死印證了曹操的話。對這場戰鬥，曹操後來專門頒布了一篇軍令，其中說：“敵人燒燬了曹軍的鹿角，但這些鹿角離大營有15里，夏侯淵居然獨自帶著400名士兵去修補鹿角，敵人在山上看到了，於是從山谷中殺出，夏侯淵親自參加戰鬥，最後戰死。”
曹操認為夏侯淵在此戰中犯了指揮上的錯誤，像夏侯淵這樣擔負整個戰場指揮重任的大將不應該親自參與戰鬥，更何況是修補鹿角這樣的小事。在這篇軍令裡，曹操甚至說出了重話，稱夏侯淵本來不擅長帶兵，軍中呼之為“白地將軍”。
古時把那些沒有種植開墾的土地叫作白地，也把像沙漠一類不能長植物的土地叫作白地，拿這個作為夏侯淵的外號，是說他作為大將連最基本的作戰常識都沒有。但回顧夏侯淵一生的戰績，也打過很多勝仗，這個評價未免太偏頗，這說明曹操對定軍山一戰特別耿耿於懷，夏侯淵雖然戰死，曹操仍不能原諒他。
夏侯淵與曹操關係密切，他的妻子是曹操的“內妹”，也就是曹操妻子的妹妹，這個妻子不大可能是卞氏，有可能是曹操之前的妻子丁氏或劉氏。夏侯淵有7個兒子，依次是夏侯衡、夏侯霸、夏侯稱、夏侯威、夏侯榮、夏侯惠、夏侯和，其中長子夏侯衡娶了曹操的侄女，這兄弟幾個在今後曹魏政壇上仍然是活躍人物。