對成都的包圍剛剛完成的時候，馬超率眾自漢中向劉備“請降”。馬超，字孟起，扶風茂陵(今陝西興平)人。父馬騰，靈帝末與邊章、韓遂等俱起事於西州；漢獻帝初年，朝廷以馬騰為征西將軍。後曹操以騰為衛尉，使其離開西北，居鄴。馬超以偏將軍統領父親馬騰部眾，並與關中楊秋、李堪、成宜等十部相結，據守潼關，抵抗曹操。建安十六年(211),馬超被曹操打敗，繼率諸戎襲奪隴上諸縣，殺涼州刺史韋康，占據冀城(今甘肅甘穀東南),自稱征西將軍，領並州牧，督涼州軍事。不久，馬超被韋康的部屬楊阜、薑敘、梁寬、趙衢等人打敗，投靠張魯。馬超知張魯“不足與計事”,又加“魯將楊昂等數害其能”,壯誌未酬，悶悶不樂，既聞劉備“圍劉璋於成都”,便“密書請降”。
劉備得知馬超來降，自然非常高興，即遣新投建寧督郵李恢往迎。馬超將兵徑到城下，劉備聞馬超至，“喜曰：‘我得益州矣。’乃使人止超，而潛以兵資之。超到，令引軍屯城北”。
馬超既至，成都城內更加慌恐，“蜀郡太守許靖將逾城降，事覺，不果。璋以危亡在近，故不誅靖”。史稱，馬超兵至，“城中震怖，璋即稽首”;又謂“超至未一旬而成都潰”。由此可見馬超投降劉備這件事，對劉璋產生了很大的震懾作用。
劉備圍城數十日後，派從事中郎簡雍入城勸降。城中尚有數萬精兵，願意一死戰者隻有少許人。璋言：“父子在州二十餘年，無恩德以加百姓。百姓攻戰三年，饑膏草野者，以璋故也，何心能安!"劉璋看大勢已去，遂遣帳下司馬張裔奉使去見劉備，劉備很痛快地答應張裔“禮其君而安其人”。張裔複命，劉璋下令開城門，劉璋遂與簡雍同乘一輛車子出降，“群下莫不流涕”。
劉璋投降，劉備怎樣麵對劉璋，史無明記。也許是為免尷尬，沒有和他見麵，隻是對劉璋做了如下安排：“遷璋於南郡公安，盡歸其財物及故佩振威將軍印綬。”振威將軍號是曹操先期加給劉璋的，所以稱“故佩”。