统庞劝刘备取西川，刘备不肯，刘备说并非他不想取西川，他比谁都想，只是无故发兵，有违其一生所标榜的仁义，让他以后无法面对天下人，庞统感念刘备恩德，决定“士为知己者死”，于是设下计谋，让人故意透露刘备行踪给刘璋，使得张任埋伏在落凤坡，最终自己被射死，但出发前留有书信给刘备，让刘备事后拆阅，告知刘备一切，并说刘璋听信谗言无故在刘备回军途中射杀刘备军师，让刘备师出有名，可以光明正大攻取西川。罗平得知这个消息对此感到伤感，言：哎如果凤雏先生投靠我罗平也不至于惨死落凤坡。司马懿也对此感到有些可惜但是没办法，就算凤雏不死也会成为我们最大对手。罗平感到这就是对手就朋友。罗平感言：依我看庞统一死，刘玄德就有借口。司马懿也言道：丞相依我看刘备很快就会彻底的占领整个益州。罗平叹息言：确实如此。

建安十八年213年，益州从事郑度听到刘备起兵的消息，对刘璋说：“左将军刘备孤军深入，远道来袭，他部下士兵不到一万人，而且将士并未全心归附他，军队又没有辎重，只能靠抢掠田野的庄稼为食。因此，最好的办法是把巴西与梓潼境内的百姓全部驱赶到内水、涪水以西，把巴西与梓潼仓库中的粮食物资以及田野里的庄稼全部烧掉，咱们高垒深沟，静待变化。刘备率军前来挑战，咱们坚守不出。他们无处抢掠粮草，不过一百天，必然会自动撤退，等他们后退时咱们再出击，一定可以捉到刘备。”刘备听到消息后，十分忧虑，向法正询问对策，法正说：“刘璋最终不会采用郑度的计策，您不必担心。”刘璋果然对部下说：“我听说过抵抗敌人以保护百姓从未听说要迁徙百姓来躲避敌人的。”不用郑度的计策。

刘璋派部将刘璝、泠苞、张任、邓贤、吴懿等抵抗刘备，都被击败，退守绵竹，吴懿向刘备大军投降。刘璋又派护军南阳人李严、江夏人费观统帅驻在绵竹的各路军马，但李严、费观也率领自己的部下向刘备投降。刘备军队的势力更加强大，分派部下将领去占领周围各县。刘璝、张任与刘璋的儿子刘循退守雒城，刘备进军把雒城围住。张任率军出城，在雁桥与刘备军大战，张任军战败，张任战死。

建安十九年214年，诸葛亮留关羽留守荆州，与张飞、越云率兵溯长江而上，攻克巴东。至江州，打败并生擒了巴郡太守严颜。张飞呵斥严颜：“我大军已到，你为什么不投降，而敢率军顽抗！”严颜说：“你们无理夺取我江州，江州只有断头将军，没有投降将军！”张飞大怒，命令左右部属把严颜拉出去斩首。严颜形容举止不变，说：“砍头便砍头，发什么火！”张飞佩服严颜的胆魄，将他释放，并让他做自己的宾客。诸葛亮派遣赵云经外水出兵平定江阳、犍为，派张飞平定巴西、德阳。

刘备围攻雒城近一年，庞统被流矢射中而死。法正写信给刘璋，分析了形势强弱，并说：“左将军刘备起兵后，对您仍有旧情，实际上没有恶意。我认为您应改变态度，以保住家门的尊贵。”刘璋未予答复。刘备攻破雒城，进而包围了成都。诸葛亮、张飞、赵去也率兵前来会合。

马超知道张鲁是个不值得与其计议大事的人，张鲁的部将杨昂等人又多次诋毁他的才能，因此心中忧郁。刘备派建宁督邮李恢前去游说马超，马超便从武都逃到氐人部落，秘密写信给刘备请求归降。刘备派人制止了马超，但暗中派兵给以帮助。马超来到成都，刘备命他率军驻扎城北，成都城内的人非常震惊，心中恐惧。

刘备包围成都数十天，派从事中郎涿郡人简雍进城劝降刘璋。此时城中还有精兵三万人，粮食和丝帛可以支持一年，官吏和百姓都愿死战到底。刘璋说：“我们父子统领益州二十余年，对百姓没有什么恩德。百姓苦战三年，暴尸荒野，实在是因为我刘璋的缘故，我怎能安心！”因此命令打开城门，和简雍同乘一辆车出来投降，部属无不伤心落泪。刘备把刘璋安置在公安这个地方，归还他的全部财物，让他佩带振威将军印绶。

刘备入成都，自领益州牧，大宴士卒，以诸葛亮为军师将军，对有功将佐论功行赏、加官晋爵。同时，采纳刘巴建议，铸直百钱，开办官市，稳定物价，恢复生产，很快巩固了在益州的统治地位。

刘备自此夺得益州，领益州牧，将刘璋安置到公安。刘备得益州后，实现了诸葛亮在隆中对中“跨有荆、益”的计策，为刘备建立了一个稳固的基地。