9月，曹操大軍全部渡過渭水。數次擊敗馬超等人的挑戰。關中諸將再次遣使請和。這次的條件除了割地，還加上了送子弟為質。曹操本欲不許，賈詡卻在一旁開口了“可偽許之。離間馬、韓”曹操當即點頭稱善。
第二天，韓遂便請求與曹操相見，商談議和之事。兩人在兩軍陣前、眾軍眼皮底下相見，但曹操對議和之事一字不提，隻顧與韓遂談論兩人當年在一起時的京都舊事，且拊手歡笑。不但如此，曹操還主動上前，對韓遂帶來的士兵道“你們都想見一見曹公吧？我也隻是個普通人，沒有四隻眼睛、兩張嘴，隻不過比凡人多了點智慧罷了”
然後，曹操、韓遂各自歸營。馬超立即來問韓遂“議和之事，曹操是怎麼說的”韓遂卻答道“他什麼都沒說，隻是說了些陳年往事”這話說得馬超頓起疑心。幾天後，曹操又給韓遂寫來一封信，但信中到處點竄塗抹。此信被馬超看後，認定是韓遂有什麼秘密不想讓自己知道而有心塗改的，自然心中更增疑惑。
曹操見離間計已成功，便下令於15日與關中聯軍決戰。決戰一開始，曹操先以輕騎挑之，然後命虎豹騎突擊。因馬超與韓遂二人互相猜疑，不能配合，此戰關中聯軍大敗：成宜、李堪被殺；韓遂、馬超逃回涼州；楊秋逃往安定郡。
關中得以平定，對諸將的疑問，曹操也一一解答。
10月，曹操北征楊秋，將安定城團團包圍。楊秋投降，曹操下令恢複其爵位，留下安撫當地百姓。12月，曹操撤軍，命夏侯淵留屯長安。任命張既為京兆尹。韓遂、馬超之叛，三輔及弘農郡諸多縣邑多應之，唯有河東百姓獨無異心。曹操此次西征，軍糧也全靠河東郡供給。戰爭結束，尚餘20餘萬斛糧食，曹操下令：給河東太守杜畿增加秩俸為中二千石。
曹操的這次征關中完全是出於計劃之外的。因他本來是要鍾繇去征討張魯的。而與韓、馬一樣，被曹操此舉刺激到的還有益州的劉璋。於是，張鬆就開始忽悠劉璋，建議請劉備入蜀，先發製人去滅了張魯。這樣即使曹操再來，我們也不用怕了。
劉璋被忽悠住了，立即命法正率四千人去迎接劉備前來。主簿黃權力諫，劉璋卻不聽，將黃權調任廣漢郡廣漢縣長。從事王累倒懸於州門勸諫，劉璋也是不聽。
法正到了荊州，力勸劉備乘機奪取益州。劉備仍猶疑未決。龐統道“荊州荒殘，人物殫盡。且東有孫權、北有曹操，如何發展？益州戶口百萬，土地肥沃。這正是成大業的資本”劉備又道“如今與我爭天下的人是曹操。所以我每件事都與曹操反著來，大事必成。操以急，吾以寬。操以暴，吾以仁。操以譎，吾以忠。現在若貪圖小利而失信義於天下，那和曹操又有何區別”龐統道“當今亂世，不可拘守一道。我若不取，終為他人之利。難道這就是對劉璋好嗎？將軍若大事可成，再封劉璋一大國，亦不失信義”
劉備最終還是沒能抵禦住誘惑，聽了龐統的話。留下諸葛亮、關羽、張飛、趙雲守荊州。自己帶同龐統及數萬步卒入蜀。
孫權得知劉備入蜀，便有重取荊州之心。先派人將其妹接回，孫夫人本欲將自己名義上的兒子、5歲的劉禪一起帶回江東。被張飛、趙雲二人截江奪回。
劉璋得知劉備入蜀，下令沿途各郡縣盛情供奉，使劉備入境如歸，前後贈遺以巨億計。劉備來到巴郡，巴郡太守嚴顏拊心而歎“這真是‘獨坐窮山，放虎自衛’啊”劉備在巴郡郡治江州由墊江一路向北逆流而上，到達廣漢郡涪縣。劉璋親率3萬餘步騎前來相會。張鬆讓法正向劉備建議，就趁此拿下劉璋。被劉備拒絕“大事不可倉猝”龐統也勸劉備“這樣搞一次鴻門宴，主公便可一舉而得益州”劉備道“初入他國，恩信未立。怎麼就能做這種事”