在張飛、馬超第一次攻取漢中失利之後，劉備親自率領大軍出戰，雖然一度為張郃所阻礙，但最終成功斬殺了夏侯淵，取得了階段性的勝利。
【斬殺夏侯淵】
建安二十三年（18），張飛、馬超失利後，劉備親自率軍佔領陽平關。同時曹操也在許都治兵，準備救援漢中。當年九月，曹操率軍抵達長安。
次年正月，劉備南渡沔水，於定軍山、興勢山山麓紮營，與率軍前來的夏侯淵部對峙。當時夏侯淵駐守南線據走馬谷，張郃駐守東線據廣石。劉備將萬餘精兵分作十隊，趁夜輪番進攻廣石。張郃率親兵搏戰，雖然沒有丟失據，但也抵擋不住劉備軍的輪番攻擊，於是向夏侯淵要求增援。
而另一方面劉備久攻不克，也是十分急躁，於是寫信要求益州撥發援兵。諸葛亮一時遲疑不定，便以此事詢問從事楊洪，楊洪：“漢中之地為益州咽喉，我國存亡的要害之機樞，如果沒有漢中則沒有蜀國，這是家門口的禍患；如今形勢，男人應當參戰，女子應參加運輸，發兵往救還有什麼疑慮的！”諸葛亮事後上表奏任楊洪兼任蜀郡太守以代替隨劉備北上的法正管理蜀郡事物（注1）。
夏侯淵在張郃求援後將精兵分撥一半去支援張郃，自己繼續固守南線。隨後劉備派兵偷襲走馬谷，放火燒燬了曹軍陣地前的防衛工事鹿角，夏侯淵親自率四百軍士出營救火、修補鹿角。此時，法正看準時機，見夏侯淵正處於劣勢，提議全力進攻夏侯淵，劉備於是命黃忠居高臨下從後方擂鼓突襲，夏侯淵猝不及被黃忠軍斬殺，曹操任命的益州刺史趙顒等人也在這一戰中喪命，曹軍潰敗。劉備從此佔據了漢中之戰的主動權，取得了戰爭階段性的勝利。不久，曹操親征，聽聞是法正獻計取漢中，因而感慨不已嘆道：“吾故知玄德不辦有此，必為人所教也”。
據《魏略》記載，當時當時雖然夏侯淵是都督，但實際上劉備更為忌憚張郃，在夏侯淵死後，劉備甚至到：“要殺就殺張郃，殺夏侯淵有什麼用！”
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當初，夏侯淵雖然多次打了勝仗，魏王曹操卻經常告誡他：“作為將領，應有膽怯的時候，不能單憑勇猛。將領應當以勇敢為根本，但在行動時要依靠智慧和計謀；又依靠勇敢，只能敵得過一名普通人罷了。”夏侯淵死後，張飛的妻子夏侯氏安葬了他。
據《魏略》記載，早年兗、豫大亂，夏侯淵因為飢乏，無法養活全家，他當時為了養活亡弟孤女，甚至捨棄了自己的幼子。這個孤女很可能就是日後的夏侯氏。
建安五年（00），十三四歲的夏侯淵侄女夏侯氏出城拾柴時被張飛所得，張飛知道她為良家女，遂取其為妻。
建安五年基本上就是官渡之戰時，那時劉備兩度被袁紹派出擾亂曹操後方，張飛隨其出征，最終拐走了夏侯家的蘿莉，時間以及時機都上是沒有問題的。後來夏侯氏與張飛的女兒就是劉備兒子劉禪的妻子。
【張郃代帥】
夏侯淵死後，魏軍新失主帥，怕為蜀軍所乘，三軍皆失色。司馬郭淮和督軍杜襲收斂散卒，號令諸軍：“張將軍是國家的名將，深為劉備所忌憚；如今軍情緊迫，只有在張將軍的指揮下，才能轉危為安。”於是推舉張郃繼夏侯淵為魏軍主帥。張郃遂出任主帥，諸將皆受張郃指揮，軍心乃定。
第二天，劉備欲渡漢水來攻。諸將認為寡不敵眾，想依水為陣以拒蜀軍。郭淮：“這是向敵人示弱，不能擊敗敵人，這不是上策。不如撤離岸邊，在遠處設陣，誘使敵人前來，等他們渡到河中央再發起進攻，一定可以打敗劉備。”遂在漢水以北列陣，打算等到蜀軍涉水半渡時進行反擊。劉備本身就對張郃頗為忌憚，見此遂疑心重重，隔水相持而不渡。郭淮遂堅守，示無還心。不久，曹操讓張郃假節，以郭淮為張郃司馬。
張郃成為曹軍主帥之後，暫時穩定了局勢，並且等到了曹操的到來，不過當劉備知道曹操準備親自率大軍前來之後，也並無畏懼，他到：“曹操雖來，無能為也，我必有漢川矣。”
曹操在得知夏侯淵死後，以曹真為徵蜀護軍，都督徐晃等將領率軍前往救援漢中，高翔與之交戰，但在陽平被擊敗。
【決戰之前】
劉備為了奪取漢中，從建安二十二年（17）就開始興兵討伐，一直打到了建安二十四年（14）年初才取得了階段性的勝利，這種長時間，大規模的作戰對於後勤的負擔是非常重的，而劉備奪取益州之時本身就經過了兩年多的征戰，所以就連諸葛亮在得知劉備還要求支援之時都產生了遲疑，畢竟諸葛亮本身供給前線的物資就已經很多了，對於益州百姓的負擔已經很大了。
但遲疑也只是遲疑而已，經過楊洪的勸了，諸葛亮也很明白漢中之戰對於劉備集團的意義，劉備是輸不起這一戰的，所以他們不惜代價也要打贏，作為後勤大隊長諸葛亮也只能豁出去了，“男子當戰，女子當運”可能不僅僅是而已。
夏侯淵之死則是整個戰局的一個轉折，在夏侯淵死前，劉備雖然已經入侵到了漢中，但仍然沒能戰據優勢，反而被張郃一人就阻攔在外，當時曹操基本已經到了長安，隨時都能率大軍前來，劉備的壓力其實是很大的。
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而定軍山之戰後，曹操軍不僅潰敗，連主帥都命喪黃泉，這對於士氣的打擊是非常巨大的，劉備趁機就扭轉了局面，進一步擴大了戰果，並且還佔據了關鍵的地利之處，而張郃等人只能勉強僵持，實際上卻已經喪失了攻取的能力。
而劉備之所以不畏懼曹操將要過來的大軍，正是憑藉著已經佔據的地利。
注1：這個事情發生的時間不能完全確定，可能在曹操來之前，也可能在曹操來之後，但可以確定的是劉備、諸葛亮等人是不惜一切代價都要贏下漢中之戰的。