由於陽平關地理位置的特殊性，曹軍占領陽平關就相當於打開了漢中的西大門，於是漢中岌岌可危，張魯見狀打算就此投降曹操，但是他的部下勸他說：“今日您的處境是被迫投降的，曹軍接受了您的投降也會輕視您的，不如先派人抵抗，您先撤退，或許會有轉機。”於是張魯逃往巴蜀，臨走時命令部下不要燒毀漢中等地的倉庫，他說：“我本來是想要為國家效命的，但是一直沒有得償所願，我今天離開也是迫不得已，錢財與糧食本來就是國家的，我把它們還給國家。”於是將各種賬本加以封存，留給了曹軍。
曹軍順利進駐漢中，張魯在逃亡不久也歸降了曹操，官拜鎮南將軍，封閬中侯，食邑萬戶。
曹操得漢中後，司馬懿建議曹操：“劉備剛得益州，人心未穩，現在他又在江陵與孫權爭奪土地，這是我軍襲擊他的最佳時機，我們占據著漢中，到時大軍壓境，益州必然土崩瓦解，您一定要早下決斷，否則會錯失良機。”
謀士劉曄對此也認為，如果不及時乘勝進擊，占領蜀地，等到劉備班師回朝安撫民心，就不好攻取了。曹操聽後思考良久，說道：“如今我們離開朝廷已經很久了，解決後方的叛亂才是當前任務，既然得到了隴地，就先不要再盼望得到蜀地了，我們先回去吧。”於是留夏侯淵、郭淮、徐晃、張郃等鎮守漢中。
正是這個決定給了劉備一個喘息的機會。
建安二十二年（公元218年），在解決了與孫權的問題後，劉備派遣張飛、馬超、雷銅、吳蘭等人攻打下辯，曹操派遣曹休、曹真、曹洪等人抵抗。第二年，張飛屯兵固山，佯裝要截斷曹洪後方，但被曹休識破，曹洪突襲吳蘭，吳蘭、雷銅等戰死，馬超、張飛於是撤退。七月，劉備占據陽平關，曹操趕忙部署救援，九月抵達長安。