在张飞、马超第一次攻取汉中失利之后，刘备亲自率领大军出战，虽然一度为张郃所阻碍，但最终成功斩杀了夏侯渊，取得了阶段性的胜利。
【斩杀夏侯渊】
建安二十三年（18），张飞、马超失利后，刘备亲自率军占领阳平关。同时曹操也在许都治兵，准备救援汉中。当年九月，曹操率军抵达长安。
次年正月，刘备南渡沔水，于定军山、兴势山山麓扎营，与率军前来的夏侯渊部对峙。当时夏侯渊驻守南线据走马谷，张郃驻守东线据广石。刘备将万余精兵分作十队，趁夜轮番进攻广石。张郃率亲兵搏战，虽然没有丢失据，但也抵挡不住刘备军的轮番攻击，于是向夏侯渊要求增援。
而另一方面刘备久攻不克，也是十分急躁，于是写信要求益州拨发援兵。诸葛亮一时迟疑不定，便以此事询问从事杨洪，杨洪：“汉中之地为益州咽喉，我国存亡的要害之机枢，如果没有汉中则没有蜀国，这是家门口的祸患；如今形势，男人应当参战，女子应参加运输，发兵往救还有什么疑虑的！”诸葛亮事后上表奏任杨洪兼任蜀郡太守以代替随刘备北上的法正管理蜀郡事物（注1）。
夏侯渊在张郃求援后将精兵分拨一半去支援张郃，自己继续固守南线。随后刘备派兵偷袭走马谷，放火烧毁了曹军阵地前的防卫工事鹿角，夏侯渊亲自率四百军士出营救火、修补鹿角。此时，法正看准时机，见夏侯渊正处于劣势，提议全力进攻夏侯渊，刘备于是命黄忠居高临下从后方擂鼓突袭，夏侯渊猝不及被黄忠军斩杀，曹操任命的益州刺史赵颙等人也在这一战中丧命，曹军溃败。刘备从此占据了汉中之战的主动权，取得了战争阶段性的胜利。不久，曹操亲征，听闻是法正献计取汉中，因而感慨不已叹道：“吾故知玄德不办有此，必为人所教也”。
据《魏略》记载，当时当时虽然夏侯渊是都督，但实际上刘备更为忌惮张郃，在夏侯渊死后，刘备甚至到：“要杀就杀张郃，杀夏侯渊有什么用！”
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当初，夏侯渊虽然多次打了胜仗，魏王曹操却经常告诫他：“作为将领，应有胆怯的时候，不能单凭勇猛。将领应当以勇敢为根本，但在行动时要依靠智慧和计谋；又依靠勇敢，只能敌得过一名普通人罢了。”夏侯渊死后，张飞的妻子夏侯氏安葬了他。
据《魏略》记载，早年兖、豫大乱，夏侯渊因为饥乏，无法养活全家，他当时为了养活亡弟孤女，甚至舍弃了自己的幼子。这个孤女很可能就是日后的夏侯氏。
建安五年（00），十三四岁的夏侯渊侄女夏侯氏出城拾柴时被张飞所得，张飞知道她为良家女，遂取其为妻。
建安五年基本上就是官渡之战时，那时刘备两度被袁绍派出扰乱曹操后方，张飞随其出征，最终拐走了夏侯家的萝莉，时间以及时机都上是没有问题的。后来夏侯氏与张飞的女儿就是刘备儿子刘禅的妻子。
【张郃代帅】
夏侯渊死后，魏军新失主帅，怕为蜀军所乘，三军皆失色。司马郭淮和督军杜袭收敛散卒，号令诸军：“张将军是国家的名将，深为刘备所忌惮；如今军情紧迫，只有在张将军的指挥下，才能转危为安。”于是推举张郃继夏侯渊为魏军主帅。张郃遂出任主帅，诸将皆受张郃指挥，军心乃定。
第二天，刘备欲渡汉水来攻。诸将认为寡不敌众，想依水为阵以拒蜀军。郭淮：“这是向敌人示弱，不能击败敌人，这不是上策。不如撤离岸边，在远处设阵，诱使敌人前来，等他们渡到河中央再发起进攻，一定可以打败刘备。”遂在汉水以北列阵，打算等到蜀军涉水半渡时进行反击。刘备本身就对张郃颇为忌惮，见此遂疑心重重，隔水相持而不渡。郭淮遂坚守，示无还心。不久，曹操让张郃假节，以郭淮为张郃司马。
张郃成为曹军主帅之后，暂时稳定了局势，并且等到了曹操的到来，不过当刘备知道曹操准备亲自率大军前来之后，也并无畏惧，他到：“曹操虽来，无能为也，我必有汉川矣。”
曹操在得知夏侯渊死后，以曹真为征蜀护军，都督徐晃等将领率军前往救援汉中，高翔与之交战，但在阳平被击败。
【决战之前】
刘备为了夺取汉中，从建安二十二年（17）就开始兴兵讨伐，一直打到了建安二十四年（14）年初才取得了阶段性的胜利，这种长时间，大规模的作战对于后勤的负担是非常重的，而刘备夺取益州之时本身就经过了两年多的征战，所以就连诸葛亮在得知刘备还要求支援之时都产生了迟疑，毕竟诸葛亮本身供给前线的物资就已经很多了，对于益州百姓的负担已经很大了。
但迟疑也只是迟疑而已，经过杨洪的劝了，诸葛亮也很明白汉中之战对于刘备集团的意义，刘备是输不起这一战的，所以他们不惜代价也要打赢，作为后勤大队长诸葛亮也只能豁出去了，“男子当战，女子当运”可能不仅仅是而已。
夏侯渊之死则是整个战局的一个转折，在夏侯渊死前，刘备虽然已经入侵到了汉中，但仍然没能战据优势，反而被张郃一人就阻拦在外，当时曹操基本已经到了长安，随时都能率大军前来，刘备的压力其实是很大的。
而定军山之战后，曹操军不仅溃败，连主帅都命丧黄泉，这对于士气的打击是非常巨大的，刘备趁机就扭转了局面，进一步扩大了战果，并且还占据了关键的地利之处，而张郃等人只能勉强僵持，实际上却已经丧失了攻取的能力。
而刘备之所以不畏惧曹操将要过来的大军，正是凭借着已经占据的地利。
注1：这个事情发生的时间不能完全确定，可能在曹操来之前，也可能在曹操来之后，但可以确定的是刘备、诸葛亮等人是不惜一切代价都要赢下汉中之战的。