馬上就要動手了，要不要提前告訴曹操？孫權很猶豫。
孫權對曹操當然不能完全信任，告訴曹操意味著風險。但自居巢講和以來孫權跟曹操的關係一下子拉近了，現在對付的是共同的敵人，這麼大的軍事行動應該知會曹操一下，至少打起來不至於誤傷。
所以孫權還是給曹操寫了一封信，通報了他將要討伐關羽的計劃，但同時請求曹操不要洩露這個機密，以免關羽有所準備。對曹操來說這真是天大的喜訊，徐晃雖暫解樊城之圍，但關羽仍然勢力強大，襄陽、樊城總體上還是在被圍攻的狀態，此時如果孫權在關羽背後捅一刀，正面之圍可立解，下面只需坐觀兩個對手去互毆就行了。
然而，對孫權信中提出的保密請求曹操卻拿不定主意，他徵詢眾人的意見，大家都覺得孫權如果從背後動手是一件大好事，為了保證孫權順利得手應該替孫權保密。董昭不同意這麼做，他認為：「用兵在於謀變，以追求最大利益為目標。可以許諾孫權替他保密，但不妨把這個情報透露出去，有意讓關羽知道。關羽如果退兵自衛，樊城之圍可解，之後讓孫權、關羽二賊相鬥，我們可收漁利。如果秘而不露，只能讓孫權獲利，這並不是上策。而且，處在敵人包圍圈中的我軍將士不知道外面有救兵，糧食又很困難，士氣肯定有問題，還是應該把消息透露出去。關羽這個人一向自負，雖然聽到後方有變，但他自恃江陵、公安城池穩固，也不會馬上退兵。」
曹操認為董昭的分析有理，命令徐晃把孫權的信抄了若幹份，故意射落到關羽營裡，同時也射到樊城內。樊城的守軍看到信頓時士氣百倍，而關羽看到信後猶豫不決。信吧，又怕是曹操使的計；不相信吧，又怕是真的。
關羽一猶豫，耽誤了撤退的時機。
建安二十四年（219）10月底，呂蒙率孫吳西進兵團悄悄抵達柴桑以西的尋陽，在此組織精兵和船隻，把士兵藏在船艙裡，讓人穿著普通的衣服，扮作商人的模樣划船，晝夜不停地逆流而上。
這裡的白衣並非全部是白色的衣服，如果江上突然出現很多穿白色衣服的人划船，那也是一件挺顯眼的事，不符合秘密行軍的原則。所謂白衣，就是著便裝的普通百姓，其中也包括商人。長江沿岸有關羽佈置的不少哨兵（屯候），呂蒙把他們全都抓了起來，所以關羽還不知道背後發生的情況。關羽留在後方負責軍政事務的是南郡太守糜芳和將軍傅士仁，糜芳守江陵，傅士仁守公安。關羽向來心高氣傲，一直瞧不起這兩個人。此次出兵，糜芳、傅士仁還負責後勤保障，中間難免有供應不及時的地方，關羽很生氣，威脅說回來後要收拾他們。
關羽做事素來不講情面，糜芳和傅士仁知道他說到就會做到，因此感到憂心忡忡，呂蒙瞭解到其中情況，決定不強攻，而是派人去勸降。呂蒙派的這個人是江東名士虞翻，他之前擔任都尉，但脾氣不好，說話直，跟大家處不好關係，多次犯顏諫爭孫權，讓孫權下不了台，前一陣孫權下令把他關在丹陽郡的涇縣思過，呂蒙很欣賞虞翻的才能，他知道虞翻懂醫術，就向孫權請求把虞翻放出來給自己看病，後來又讓他一同來到荊州前線。
公安城外，呂蒙給傅士仁寫了封信陳說利害，派虞翻送去。虞翻口才一向很好，當年曾說服王朗和華歆投降，這一次傅士仁也被他說降了。虞翻建議把傅士仁一塊帶往江陵，糜芳看到傅士仁投降了，也開城出降，關羽眼裡牢不可破的兩座堅城就這樣被虞翻的一張嘴皮子給說破了。
呂蒙不費勁就到了南郡，江陵、公安是關羽的後方基地，將士們的家屬多在此地，呂蒙進入江陵，釋放了囚禁在此的於禁等人，俘虜了關羽及其將士家屬，但不為難他們，給予撫慰，呂蒙下令不得騷擾百姓，不得隨便拿別人的東西。
呂蒙有個手下是他的同鄉，擅拿了老百姓家一頂斗笠用來蓋鎧甲，呂蒙認為鎧甲雖然是公家的東西，但也觸犯了剛頒布的命令，為嚴肅軍紀，呂蒙流著淚將其斬首。於是軍中震動，江陵城出現了道不拾遺的景象。呂蒙派左右不停地慰問撫恤地方長者，詢問他們有什麼需求，對於生病的百姓及時送醫送藥，對饑寒中的人及時發給食物，關羽存在江陵的錢財寶物，呂蒙都下令貼上封條，等候孫權來處理。
呂蒙這些措施收到很好的效果，他迅速控制了南郡的局勢。
關羽聽說南郡丟了，如五雷轟頂，立即下令撤軍，曹仁想追擊，趙儼不同意：「孫權利用關羽出兵的機會發難抄了他的後路，但關羽必然回擊，孫權擔心的是我們趁他與關羽互鬥而從中取利，所以才謙卑地表示順從效忠。如果我們攻擊過急，孫權說不定就把對付關羽的手段改為對付我們。關羽如今撤回，我們應該留著他，讓他與孫權互鬥。」曹仁認為有理，下令不追擊。而關羽撤退的消息傳到摩陂，曹操也特別擔心曹仁等人追擊，趕緊加急傳令，內容跟趙儼說的完全一樣。
關羽為救後方的將士家眷，連派多名使者來見呂蒙。呂蒙又大玩心理戰，他厚待來使，讓他們在城裡到處走動，挨家問候，有的家人還寫信讓使者帶回去。這些使者回去，把城裡情況給大家一說，眾將士知道家人無恙，江陵城的情況比平時還好，一個個都沒有再打下去的鬥志了。
這時孫權親自趕到了江陵，他任命呂蒙為南郡太守，封孱陵侯，賜錢一億，黃金500斤。劉備任命的宜都郡太守樊友望風而逃，郡中官吏及少數民族部落首領都向陸遜投降，陸遜部將李異、謝旌等率3000人馬分守要塞，切斷與益州方向的聯絡。
但是在秭歸遇到了麻煩，當地大族文布、鄧凱等人聯合夷兵數千人聲稱仍效忠蜀漢，陸遜命謝旌前往討伐，文布、鄧凱不敵逃走，陸遜派人前往招降，二人率眾投降。在不長的時間裡，陸遜指揮所部斬獲和招降蜀軍達數萬人，成功地佔領荊州西部地區，當然這個數字並非全是士卒，還包括蜀漢任命的各級官吏，這一系列行動顯示出陸遜傑出的軍事指揮才能。
孫權派多路人馬阻截關羽，雖然戰事進展得很順利，但能不能抓住或者殺了關羽才是關鍵，關羽雖然謀略不足，但此人治軍有一套，敢做敢幹，如果讓他有了喘息之機，今後荊州仍然不穩。
孫權知道虞翻精通占卜，就把他叫來，讓他佔一卦，看看能不能抓住關羽。虞翻卜了卦，結果是「兌下坎上」，合在一起就是《周易》裡的節卦，到第五爻的時候又變成臨卦，虞翻解卦說，不出兩天關羽必然被捉。
關羽敗退至麥城，此地在今湖北省當陽市境內，當年的長阪坡之戰就發生在附近，孫權派人勸說關羽投降，關羽表示願意投降。當時著名術士吳范正好在孫權身邊，他也精通占卜，孫權就讓他趕緊占一卦，看看關羽是不是真降，吳范佔了一卦，認為關羽有詐。孫權於是命令提前做好準備，繼續安排人對關羽進行堵截。
關羽果然是詐降，他命人在城頭遍插旗幟，又弄了不少草人迷惑敵人，之後逃出麥城。消息傳來，孫權問吳范怎麼辦，吳范說關羽肯定逃不了，並且說明天中午前必可擒住關羽。孫權馬上讓人搬來個沙漏在那裡看時間，驗證吳范說得準不准。
次日，已近中午，還沒有消息。
孫權急了，催問吳范，吳范說：「現在還沒有到正午。」過了一會兒，風吹帷帳，吳范拍著手說：「關羽抓住了！」話音剛落，外面有人高呼萬歲，消息傳來，關羽被抓住了。
建安二十四年（219）12月，潘璋部下一個叫馬忠的司馬在章鄉活捉了關羽以及他的兒子關平、部將趙累等人。
人抓住了，如何處置挺棘手。殺了關羽，那就進一步激化了與劉備的矛盾，這個疙瘩也就再也解不開了。但不殺關羽又如何安置他呢？孫權想了想，居然有了一個天真的想法。
孫權打算把關羽招降，用他對付劉備和曹操，但是左右都勸：「狼子不可養，以後必為害。曹操當初不殺他，結果自取大患，以至於都到了要遷都的地步，現在怎能不殺他？」
孫權於是下令將關羽父子斬殺於南郡境內一個叫臨沮的地方，此地在今湖北省遠安縣。關羽當初興兵北伐時曾經做過一個夢，夢到有豬啃食自己的腳，醒來後覺得這個夢很不吉利，關羽對兒子關平說他有點力不從前了，恐怕不能活著回來了，結果夢果真應驗了。
孫權用侯爵的禮儀就地安葬了關羽，同時把關羽的首級送到曹操那裡。孫權的用意很明顯，想把禍事往曹操身上引，劉備要報仇也拉上曹操一塊扛。曹操當然明白，下令用沉香木雕刻了關羽的身軀，跟首級一起以王侯之禮厚葬於洛陽城南，此處即是現在著名的洛陽關林，後來也就有了關羽頭定洛陽、身困當陽的說法。
孫權佔領公安時，在這裡還見到了被劉備從益州趕出來的劉璋，孫權覺得劉璋仍有利用價值，把他遷到秭歸，在那裡設立自己控制下的益州「流亡州政府」，劉璋任益州牧。後來劉璋死了，孫權改任劉璋之子劉闡為益州刺史，成為對付劉備的一張牌。
關羽死了，劉備在荊州的勢力全部被趕了出去。曹操仍舊佔據了北方，孫權的勢力得到了增強，劉備被削弱，三方互有消漲，但鼎立之勢未變，在這一系列的變化中孫權無疑是最大的受益者。
只是，劉備會甘心嗎？