赤壁之戰後，趙雲跟隨劉備平定荊州四郡。劉備任命趙雲爲偏將軍，並取代投降的趙範，兼任桂陽太守。趙範有一名寡嫂名樊氏，有傾國的美貌，趙範想將她許配給趙雲。但是趙雲不同意，推辭說：“我們是同姓，你的嫂子就像是我的嫂子一樣。” 當時有人勸趙雲接受這名美女，趙雲回答說：“趙範是被迫投降的，心不可測，何況天下女子不少。”不久之後，趙範果然藉機逃走，而趙雲則毫無牽涉。
建安十四年，劉備在平定荊州南部四郡，又得到原屬劉表的部曲萬人之後，劉備成爲荊州牧，聲勢漸大，孫權建議雙方結親，劉備便娶了其妹孫夫人。兩年之後益州牧劉璋爲防備曹操勢力而向劉備求援，劉備便領兵三萬入益州，留諸葛亮、關羽、張飛、趙雲等人留守荊州，並任命趙雲爲留營司馬，管理軍事事務。此時孫夫人放縱驕橫，放任她從東吳帶來的侍衛和官吏，多有不法的行爲。劉備知道這消息之後，認爲趙雲爲人嚴肅、穩重，一定能加以整頓，因此特命趙雲掌管內事。孫權獲知劉備西征益州之後，便派了大批舟船欲接孫夫人回去，孫夫人趁機將劉禪也一併帶走，幸虧趙雲與張飛一起帶兵在長江截住東吳船隊，併成功奪回劉禪。
建安十八年，劉備與劉璋決裂，從葭萌進攻劉璋勢力，並召諸葛亮等人入蜀支援。諸葛亮與趙雲、張飛等率軍溯江西上，一路平定郡縣。在攻克江州後，兵分兩路，趙雲率軍由外水深入，攻取江陽、犍爲等郡。至次年於成都南面，完成對劉璋的包圍。劉備攻下成都之後，任命趙雲爲翊軍將軍。劉備平定益州之後，有人主張將成都城中房舍及城外園地桑田分賜給諸將。趙雲反駁說：“霍去病曾說過匈奴未滅，無用家爲，現在國賊不只像匈奴只有一個，所以還不到可以安定下來的時候，須等到天下平定之後，再使衆人返回家鄉去耕耘田地，這纔是最好的決定。益州的百姓，剛剛遭遇戰禍，現在應該將田宅房產歸還給百姓，先讓他們安居樂業，然後可以使他們服兵役、納戶稅，這樣也能得到益州的民心。”劉備當即便採納了趙雲的建議。
建安二十四年正月，劉備聽從法正、黃權等人的建議進攻漢中，漢中守將夏侯淵被黃忠所斬。三月，曹操親自率領大軍來爭奪漢中，並運送大量的軍糧到北山下，有數千萬袋，黃忠認爲可趁機奪取這些軍糧，趙雲於是授予黃忠兵力去取北山。但是黃忠約定的時間之後仍未回來，趙雲便帶着數十騎出了營寨，查看黃忠等人的情況。恰巧遇到曹操派出的大軍，趙雲遭到曹軍先鋒部隊的攻擊，剛與敵人交手，曹操的大軍已來到面前，聲勢逼人，雙方廝殺。趙雲便一次又一次地突擊曹軍陣列，且戰且退。曹軍散而複合，趙雲突圍而出並退入漢軍的營寨內，此時部將張著受傷，又被曹軍包圍，趙雲又一次馳馬突擊曹軍，並救出張著，將他帶回營寨內。此時曹軍已追至漢軍的營寨前，沔陽長張翼正在防守營寨，見曹操大軍殺到，便要閉門拒守。趙雲進入大營之後，卻下令大開營門，然後令漢軍偃旗息鼓。曹軍見此情況，懷疑趙雲設有伏兵，便向後退去。此時趙雲下令鳴擊戰鼓，鼓聲震天，又令軍士以弩箭射曹軍，曹軍驚駭，自相蹂踐，墜入漢水中淹死者甚多。次日劉備親自來到趙雲兵營察看昨日戰鬥之處，讚歎說：“子龍一身都是膽也！”於是設宴歡慶直到黃昏，軍中稱呼趙雲爲“虎威將軍”。建安二十四年末，曹操以爲漢獻帝在許都，與關羽軍相近，欲遷都避其鋒芒，司馬懿、蔣濟等勸阻，認爲孫權必然不願看到關羽得志，可以用答應將江南封給孫權爲條件讓他從背後出兵攻擊關羽。同時曹操派遣徐晃、趙儼等率軍救援樊城，更準備親自征討關羽。救援樊城的徐晃因兵力不足，認爲很難與關羽抗衡，不過之後曹操先後派遣徐商、呂建等將領以及殷署、朱蓋等十二營兵馬增援徐晃。關羽在圍頭派有軍隊駐守，在四冢還有駐軍。徐晃於是揚言將進攻圍頭，卻秘密攻打四冢。關羽見四冢危急，便親自率領步、騎兵五千人出戰，徐晃迎擊，關羽退走。關羽在塹壕前圍有十重鹿角，徐晃追擊關羽，二人都進入關羽對樊城的包圍圈，包圍圈被打破，傅方、胡修都被殺死，關羽於是撤圍退走，然而關羽的船隻仍據守沔水，去襄陽的路隔絕不通。起先，孫權曾派人爲自己的兒子向關羽的女兒求婚，關羽辱罵來使，拒絕結親，孫權十分惱恨。關羽素來善待士卒，但對士大夫們卻很驕橫。糜芳、士仁素來厭惡關羽的輕慢態度。當關羽領兵出征時，糜芳、士仁兩處負責供應糧草軍需，兩人不悉心救助關羽。關羽放出話，說：“回去之後，就懲治他們！”糜芳、士仁聽聞後，都恐懼不安。孫權聽聞後，就暗中派人去誘降糜芳、士仁。孫權命呂蒙爲主帥偷襲荊州，並親自率軍爲後援。荊州重鎮江陵守將麋芳（劉備的小舅子）、公安守將士仁因與關羽有嫌隙而不戰而降。 此時關羽得知南郡失守後，立即向南回撤。回師途中，關羽多次派使者與呂蒙聯繫，呂蒙每次都厚待關羽的使者，允許在城中各種遊覽，向關羽部下親屬各家表示慰問，有人親手寫信託他帶走，作爲平安的證明。使者返回，關羽部屬私下向他詢問家中情況，盡知家中平安，所受對待超過以前，因此關羽的將士都無心再戰了，士卒漸漸潰散，退至麥城。同年十二月，關羽率數十騎出逃，一路突圍至距益州不過一二十里的臨沮（今湖北省襄樊市南漳縣），遇潘璋部將馬忠的埋伏，被擒，和長子關平於臨沮被害。
關羽在北伐之前，曾經夢到豬在齧咬自己的腳，自知不祥，對關平說自己今年可能會遭遇噩運而回不到江陵了。到了年末，關羽果然被吳將呂蒙部所殺。孫權將關羽首級送給曹操，曹操以諸侯之禮將其安葬於洛陽，同時孫權則將關羽身軀以諸侯禮安葬於當陽， 即關陵，也稱當陽大王冢。蜀漢在成都爲關羽建衣冠冢，即是成都關羽墓，以招魂祭祀。因此民間也稱關羽“頭枕洛陽，身臥當陽，魂歸故里”。關羽去世後，逐漸被神化，民間尊其爲“關公”，歷代朝廷多有褒封，清代奉爲“忠義神武靈佑仁勇威顯關聖大帝”，崇爲“武聖”，與“文聖” 孔子齊名。清朝雍正三年，朝廷頒令，以關帝廟爲武廟，併入祀典，文武百官、各省縣百姓按祭孔之太牢祭儀進行春秋兩祀。從此，關羽成爲國家祭祀的主神，達到了與文聖孔子並駕齊驅的地位。民間所供奉的“關公”又被臺灣信徒稱爲“恩主”，即救世主的意思。在東南亞地區，日本、新加坡、馬來西亞以及菲律賓等國家，甚至美國、英國的華人區域，關公的信仰也都相當盛行，華僑在國外從商者很多，因此對於作爲武財神的關公也多加崇祀。道教將關羽奉爲“關聖帝君”，即人們常說的“關帝”，爲道教的護法四帥之一。釋教對關雲長的信仰只是限於供奉，並無祈禱、讚頌以及供奉儀軌，而在藏傳佛教中，有多位大師著有供贊儀軌，如章嘉大師、土觀大師以及這世大寶法王、亞青寺阿秋仁波切等。多識仁波切也曾著有關雲長簡略供贊。
章武元年，劉備稱帝，欲進攻東吳，以報孫權伐取荊州、殺害關羽之仇，趙雲上諫說：“國賊是曹操，並不是孫權，滅了魏國之後，東吳自然會臣服。雖然曹操已經去世，但其子曹丕篡奪皇位，引起公憤，應該利用此民憤，先攻佔關中，佔據黃河、渭水上游以討伐逆賊，那麼關東義士必裹糧策馬以迎王師。不該放置魏國，反而先打東吳。而且與東吳的戰爭一旦開始，就不易停止了，伐吳並非上策。”但憤怒的劉備不聽諫言，執意東征，留趙雲都督江州。
曹丕篡漢後，東漢滅亡，漢朝享國四百零七年。三國鼎立，已成天下大勢所趨，這三國之戰，誰能統一天下，統一全國，已盡在世人的紛紛議論中。趙雲經歷數戰而勝利而歸，因此蜀漢軍隊又叫他：“常勝將軍。”