马超道：“我等当初念叔公年长，故推为盟主。然叔公与曹操眉来眼去，甚至想以盟主之位来谋些好处，你这盟主还是不做也罢。”
韩遂道：“孟起啊，你年轻气盛，不知曹操诡谲，他现在日夕所盼，就想我们内讧，以削其势。唉，这个盟主，若你等认为我无能，可以另选他人，只是我们这十部之军，务必坚如磐石，不可分离。”
侯选嚷道：“你这盟主之位今后就不要做了，我愿奉孟起将军为新盟主，诸位以为如何？”
韩遂这一段时日的表现令其他将领生疑，这样的盟主也就失去了公信力。侯选此时提出更换马超为盟主，其他人纷纷答应，韩遂见状也无可奈何同意推马超为盟主。
关西军的内变很快被曹操侦知，他高兴地向贾诩道：“文和之计果然奇妙，数日间已然见效。韩遂与马超所部最强，现在盟主之位更迭，两部嫌隙已生，其战力就要大打折扣。”
贾诩应道：“主公所言甚是。关西诸军心怀猜忌，又眼光短浅，其所盟最易松散。主公此次略施小计，盟主立刻易位，委实令人可叹。”
曹操也叹道：“是啊，多亏他们结盟集于潼关。关中长远，这十部贼众若各依险阻，我遂关打通，没有一年或者两年的时日，难以征服。天幸他们结盟而集，其众虽多，莫相归服，军无适主，可一鼓而灭。”于是派出信使进入敌营，约定后日会战。
九月二十七日巳牌时分，两军相对排阵。是日晴和天气，光照灿烂，双方可以看清对方人的盔甲及武器的细微之处。马超既为盟主，就将自己所部排为前锋和中军，韩遂所部编为右翼，其他人所部为左翼。关西军从人数上看，绝对居于优势，反观曹军，其队列区块比关西军要小上一圈。只不过曹军有后方的沙城可恃，就有了易守难攻的好处。
曹军最先吹响了进军的号角，只见夏侯渊和张郃最先率领步卒队伍出战。他们手持盾牌和长槊，步伐缓慢地结团向对方行去，马超在阵中稍一打量，认定这些步卒队伍至多有三千人，遂哈哈笑道：“曹贼难道不知我军善用长槊进击吗？还派出了这点儿兵力，莫非来寻死吗？”他号令从弟马岱带领五千先锋之兵碾压过去。
两军接仗后，关西军的先锋没有发挥出其长槊的精湛战法，两军战成一团，曹军先锋没有被击退。由此看来，关西军的五千人与曹军的三千人战力相当，可见曹军的长槊技法不输于关西军，若从人数而论，关西军反而输了一阵。
曹军此时又从左右两翼各出三千人步卒，他们相对攻击关西军的两翼。马超在中军观战感到不理解：“人言曹贼最善用兵，何以今日仅以轻兵出战？”
曹操遣出三股轻兵出战，自巳时杀到午时，还是试出了关西军的强弱。只见马超所部的战力尚可，而其两翼有些散乱了。其左翼为其他关西部的联军，他们编排杂乱，军令不一，所以一遇进攻皆不肯在前排厮杀，于是就有了溃散之状；右翼则为韩遂所部，其战力平素与马超所部相当，今日刚一接战，也现出溃败之状，自是因为韩遂刚刚被罢去主帅，不肯再戮力而为所致。
马超见状有些焦急，但前方面临大敌，他一时难以分身。他当然明白，若两翼不稳，势必冲动己方阵脚，对战事的进行极为不利。
眼见战机出现，曹操当然不容关西军从容补强。只见他令旗一挥，早在阵中潜伏的虎骑大军率然发动。曹军虎骑名不虚传，历经诸战锻炼，早已成为冠绝天下的精骑。曹军所以在上次的赤壁之战惨败，就在于曹军舍弃了马军，而被动地用水军与孙刘联军交战，今日关中平原上交战，该是马骑大显身手的时候了。
前面的小股步卒队伍出战，最先消耗了关西军的巨盾和长槊，双方的箭矢也消耗不少。现在曹军马队出战，关西军因为不能及时补足这些兵器，也就不能有效地阻遏曹军马队的冲击速度，只见那些虎骑瞬间就跨过步卒的交战区，然后闯入战阵，挥动锋利的弯刀砍杀起来。
关西军与曹军虎骑交手之后，其前锋与中军岿然不动，马岱在前指挥兵士竭力抵御，保证己方阵形不失；而两翼的战力堪忧，只见他们被虎骑冲击之后，其阵形明显被撕开，队形愈加散乱。冲击关西军左翼的曹军虎骑由夏侯惇、夏侯渊兄弟率领，他们杀到阵中，看到敌方二将迎面杀来，兄弟二人默契地各自迎战一人，未及三合，就将敌方将领斩于马下。战后认定，此二人正是关西十部的将领之二：成宜和李堪。
马超惊讶地发现，曹军此来的步卒队伍较少，其他人众多为虎骑骑手。自己的左翼被冲散之后，右翼的韩遂显然无心恋战，只见韩遂的旗幡后移，其阵形已乱。马超观之破口大骂：“这个老贼，果然与曹贼做同一路了。”他眼见战局对己不利，遂招呼中军向前军靠拢，欲与马岱会齐后，继续向曹营攻击。
可惜关西军的两翼实在脆弱，成宜和李堪被杀之后，其他关西军将领看到如狼似虎的曹军实在难惹，就开始四散逃走。韩遂见状，知道今日已经完败，为了保存自己的实力，就号令所部紧密护着自己的旗幡，然后缓缓向西退去。他知道自己今后无法在关中立足，干脆带着残兵一溜儿逃到了凉州，从此一蹶不振，数年后病死。
马超看到左右两翼逃得干干净净，气得又是破口大骂。马岱看到曹军即将合围己军，遂向马超进言道：“哥哥，若被曹军合围，我们势难脱身。不如领军后退，再西至凉州，徐图后计不迟。”
马超久在凉州陇上一带活动，诸郡深深畏服，他又深得羌人、氐人的拥戴，和汉中的张鲁交好，现在战局不利，若退回陇上，不失为一条好计。他就接受了马岱的建言，兄弟二人反身率众冲出了重围，然后向陇上进发。
经此渭南一战，曹操遂定关中。大战之后，曹操率众进入了长安，并授任议郎张既为京兆尹。张既为冯翊高陵（今陕西省西安市高陵）人，其早年除任新丰县令时，治绩为诸县第一，此后辅佐钟繇，在河东之战中立有大功。此番被授为京兆尹后，数年内就在京兆诸县中招怀流民，兴复县邑，取得了很好的官声，此为后话。
刘备逐步扫清了成都的外围，诸将领兵分头包围了成都。刘备认为胜券在握，又觉得成都城池坚固不易攻打，于是决定攻心为上，派出从事中郎简雍为说客进入成都城，想说降刘璋。
刘璋此时兵力尚可，成都城内有精兵三万人，粮谷也可支城中人食用一年，且成都城池坚固，大可与刘备一战。
简雍入城见了刘璋，他鼓起三寸不烂之舌，着重承诺刘璋携城归降后，刘备保证其不失富贵。刘璋本身暗弱，主政益州过程中极为不自信，否则也不会开门揖盗迎入刘备。他现在得了刘备的承诺之后，决定开城投降。
刘璋的属下觉得此举太便宜了刘备，许多人不肯投降，愿意凭城抵抗。刘璋此时流下眼泪，叹息道：“我父子在益州二十余年，没有给予百姓以恩德，近三年来与刘备苦战，许多人死在草莽野外。现在若凭城抵抗，又要死去多少人？这样让我如何心安呢？”
刘备于是不战而取得成都。
刘备颠沛流离一生，荆州一战使他心灰意冷，多亏鲁肃的阻拦，使得他与孙权联手取得了赤壁之战的胜利，从而在荆州有了栖身之地；现在他从借得的南郡之地出发，历经数年终于取得了益州这个天府之土，其心中的得意不言自明。
对于拱手让出益州的刘璋，刘备还是实现了自己的承诺。他让刘璋佩戴振威将军的印信迁往公安（今湖北省公安县）居住，并将刘氏父子多年积攒的财宝归还，令刘璋随身带走。