劉備向漢中用兵失利之後，曹軍也失去主動進攻能力，並且逐步收縮戰線，劉備與張郃、夏侯淵對峙於陽平關。
劉備與夏侯淵等在陽平對峙二年多，操軍雖有小勝，但戰爭的主動權，相對來看，卻始終在劉備一方。時既至此，曹操逐漸認識到不僅“望蜀”不可能，就是確保漢中，扼住益州咽喉也很吃力，因此還鄴兩年半幾件大事完成以後，又決定親自率兵出擊劉備。
建安二十三年(218)九月，曹操兵至長安。由於他進軍遲緩，因此貽誤了軍機。劉備則積極謀劃新的戰略戰術，並努力爭取在曹操到達之前付諸實施。所以，曹操未及到達漢中，劉備已在定軍山出奇製勝打敗了夏侯淵，取得了關鍵性的勝利。戰爭進程大致是這樣的：
建安二十四年(219)正月，劉備自陽平南渡沔水(漢水),在寶山紮營，定軍山北臨漢水，位在今陝西勉縣南，東望漢中，是漢中的又一屏障和門戶。因此，夏侯淵也派兵“來爭其地”,並把主力布防到這裏。法正對劉備說，趁其立足未穩可乘勢而擊之。於是，劉備夜命黃忠乘高鼓噪攻之，“忠推鋒必進，勸率士卒，金鼓振天，歡聲動穀”;同時派軍燒毀夏侯淵軍營外圍的鹿角，“淵使張郃護東圍，自將輕兵護南圍。備挑郃戰，郃軍不利，淵分所將兵半助郃，為備所襲，淵遂戰死”。曹操任命的益州刺史趙顥也同時被殺。
定軍山一役，曹軍慘敗，張郃將餘部撤到陽平。夏侯淵戰死，軍中無帥，“軍中擾擾，不知所為”,因為“恐為劉備所乘，三軍皆失色”。督軍杜襲與司馬郭淮等毅然共推張郃代為領兵。張郃自建安五年由袁紹歸操後，屢建功勳，很有聲望。郭淮因對大家說：“張將軍，國家名將，劉備所憚；今日事急，非張將軍不能安也。"於是張郃代理軍主，“勒兵按陳，諸將皆受郃節度，眾心乃定”。當時曹操遠在長安，得知消息後，肯定了杜襲、郭淮、張郃的臨時決策，立即“遣使假郃節”,賦予張郃以軍中最高統帥的權力。