然而，汉中久攻不下，曹操也感到焦虑不安，亲自前往长安督战。但战事依旧胶着，未有明朗进展。公元219年，刘备决心孤注一掷，八大部队齐驻定军山。定军山地势险要，既给蜀军带来了挑战，也让曹军难以展开攻势。刘备驻军后，夏侯渊与张合迅速领兵至走马谷，双方形成对峙之势。
黄权见机行事，向刘备献策，提议夜袭曹营。他建议先用火攻引燃曹营，趁其混乱之际发起猛攻。刘备采纳了这一计策，果然曹军大乱。夏侯渊与张合费尽九牛二虎之力才勉强稳住阵脚，分别率兵防守南北。刘备趁机从北面发起猛攻，张合难以抵挡。夏侯渊见状，急调部分兵力支援张合。经过一番激战，曹军已显疲态。刘备、法正等人远观战局，见时机成熟，法正示意发起总攻。鼓声隆隆，蜀军士气大振，呐喊着冲入曹营。曹军措手不及，伤亡惨重。夏侯渊及数名部将被斩于马下，张合则率领残兵败将逃往汉水的曹军北下营。
夏侯渊阵亡后，张合接任统领，逐渐稳定了曹军的混乱局面。尽管刘备取得了一场胜利，但他深知双方实力悬殊，不敢轻举妄动。曹军虽然占据地利之便，但在一水之隔的情况下也难以发动攻势。张合曾数次试图引诱刘备过河交战，但刘备始终不为所动。最终，曹军只得退回阳平关等待援军。不久，曹真奉曹操之命前来增援，与徐晃联手击败了前来进攻的蜀军，挽回了一部分损失。
面对曹军的连续失利，曹操终于按捺不住，亲自从长安赶至汉中前线督战。然而，刘备却表现得异常镇定，他坚信拿下汉中只是时间问题。手下将领见刘备如此自信，心中的疑虑也逐渐消散。刘备加强了戒备，派兵把守重要关口，静待时机。
曹操原本以为刘备会急于发动进攻，但等了许久也不见蜀军有任何动静，心中不禁疑惑重重。一日，一队曹军外出运粮时遭到黄忠的伏击，粮草被夺。刘备得知黄忠未归后，便派赵云前去寻找。赵云率领数十名骑兵刚出军营便遭到曹军大部队的包围。原来黄忠已被曹军俘虏，曹操正等着刘备派人出营搜寻黄忠以便一网打尽。赵云见势不妙，只得边打边退至军营门口。他命令全军出击鼓声震天响动四周曹军吓得不敢动弹蜀军乘机放箭射杀无数曹军士兵。最终曹军无法抵挡蜀军的攻势只得狼狈撤退。
数月过去了刘备与曹操之间的交战依旧未有明确胜负曹操深思熟虑后认为汉中并非必须之地于是决定撤离汉中。他以“鸡肋”作为撤军的口令众将不解其意唯有杨修洞悉其中奥妙。鸡肋食之无味弃之可惜正如汉中之地。经过杨修的解释众人才恍然大悟经过一番准备后曹操便率领大军离开了汉中。
最终刘备成功夺得了汉中为了彻底清除残余敌对势力他下令处死了房陵太守蒯祺和上庸太守申耽。随后刘备在汉中称王正式宣布与曹操对立的立场。