濡須之戰後，曹操留張遼駐守合肥，自統大軍回到鄴城，公元215年3月，曹操在得知劉備已取得西川后恐劉備再取漢中，於是便親率大軍十萬，帶大將許褚、夏侯惇、徐晃、曹仁、曹洪等幾十員戰將離開鄴城前去攻取漢中，讓曹丕隨軍前往，留曹植守鄴城，令董昭輔之。
爲了防止孫權乘機攻打合肥，在臨走之前曹操寫了一封信封於木匣之中，交給護軍薛悌，讓他帶給張遼，木匣上寫明“待敵人到來之時才能打開。”
此次曹操親征漢中，謀士除了主行軍主簿劉曄之外還帶上了司馬懿，任命兩人爲軍師，因爲此時郭嘉、荀彧及荀攸都已病死，曹操手下也只有劉曄、賈詡及司馬懿三人屬於智囊人物了，特別是司馬懿，雖然從未行軍打過仗，但曹操認定司馬懿的智慧要勝過他手下所有的謀士，因此，此次出征便將司馬懿帶上，想對他加以培養。
4月，大軍到達武功郡，曹操令武功太守蘇則作嚮導向漢中進發。曹操又傳令駐守長安的夏侯淵起兵兩萬，前去陽平關與自己會師。
大軍從陳倉出散關抵達河池，氐人部落氐王竇茂率一萬餘人抵抗，被曹操全部屠殺。
消息傳到南鄭，張魯想獻漢中投降，其弟張衛道，“主公，曹操若想進入漢中，必須經過陽平關，陽平關地勢險要，易守難攻，只要我們守住了陽平關，曹操他就進不得漢中。”
張魯想了想，還是道，“曹操兵盛，我看陽平關也難以守住，不如早降。”主簿閻圃道，“曹軍雖然兵盛，可他們遠道而來十分疲憊，戰力會下降，他即是來了，也一時難以攻破陽平關。”張魯道，“好，既如此，我們就堅守漢中，就令張衛帶楊任、楊白統兵五萬前去陽平安禦敵。”張衛領令。閻圃又道，“臣保舉一人爲先鋒前去陽平關禦敵，定能取勝。”“何人？”“此人乃西涼猛將龐德龐令明。”張魯喜道，“我怎麼就忘了此人了呢，準。”
於是張魯便將龐德召來，龐德頂盔掛甲、腳步穩健、甲片響亮地前來聽令，衝張魯一抱拳，張魯大喜，看着他，道，“龐將軍免禮，今曹操率兵要侵犯我漢中，我知龐將軍神勇，特令龐將軍爲前部先鋒引精兵五千前去陽平關禦敵，到了之後，先要在陽平關兩側的山脊上構築營寨以擋曹軍。”龐德領令而去。隨後，張衛率大將楊任、楊白等統兵五萬，前去陽平關禦敵。
龐德到陽平關之時曹軍還未來到，龐德便令軍士在陽平關兩側構築營寨十餘個，張衛引軍趕到後，分調衆將各營寨防禦。
7月，曹操率大軍趕到陽平關下。曹操舉目望了望兩山夾口之間的陽平關，又望了望陽平關兩側山頂相連的十餘個營寨，感嘆道，“不想陽平關防守竟如此嚴密，難以攻破啊。”他轉頭看了看身邊的司馬懿，道，“仲達可有破敵之策？”
司馬懿道，“陽平關防守如此嚴密，只易緩圖。”
曹操點頭，傳令兵士討敵叫陣。
不一會，陽平關城門大開，一彪人馬衝下關來，爲首一員大將乃是龐德龐令明。龐德率軍衝下關來列開陣式，獨騎前出幾步，高聲衝曹操喝道，“曹操，因何來攻我關中？”
曹操認識龐德，知其勇武，但龐德的出現讓曹操大惑不解，便問，“龐德，聽聞你主子馬超已投靠劉備，你因何獨留漢中？”龐德怒道，“這是我的事，用不着你管！曹操，你既然來了，那我們殺場上見分曉！”曹操回顧左右，問，“哪位將軍出戰龐德？”話未了，許褚出馬，揮刀直奔龐德，“我來取他性命！”
龐德推馬迎上，兩刀相擊，戰有五十餘合不分勝負。
曹操又使張郃出戰，張郃挺槍而出雙戰龐德，龐德毫無懼色。關上的張衛見曹將雙戰龐德，恐其有失，急忙鳴金，龐德聽聞衝許褚、張郃大道，“且住！明日再戰！”說罷撥馬揮軍返回。
許褚、張郃哪裡肯罷休，策馬追趕，曹操揮軍便上。
龐德且戰且退，待到半山腰時，山上箭如雨發射向曹軍，曹軍不得上，龐德趁機退回關中。
曹操指揮將士攻打了半天也沒靠近關前，關山滾木、雷石、箭矢齊射，曹兵傷亡不少，曹操見難以攻破，傳令退軍，退兵三裡地紮營。
首戰失利，曹丕來找老師司馬懿，兩人來到一山坡上找地方坐下來，曹丕望着眼前茂密的野樹林對司馬懿道，“老師，此次攻打陽平關父親的本意是迅速拿下，可陽平關地處險要極難攻取，老師可有妙計否？”
司馬懿沉了許久才道，“白天攻打，敵人在高處又憑險要，極難攻打，這是敵人的優勢，若想將敵人的優勢降低，只能夜襲。”
曹丕喜道，“老師何不把此計獻於家父。”司馬懿不轉臉地道，“不急，魏公還未到計窮之時，也許，魏公也想到了這一點。”
曹丕道，“父親此次帶老師出來，看來父親是有意想提拔你。”司馬懿道，“我倒無所謂，只是公子……”
曹丕心裡明白，沉了會，憂鬱地道，“現在父親越來越喜歡曹植了，留曹植守鄴城就說明這一點。”
司馬懿這才轉過臉來，望着曹丕，道，“所以你必須努力，要在魏公面前展顯你的才能，務實不浮華、謹慎而不輕率。”“是，老師。”司馬懿又道，“如果日後魏公問計，你可獻此計策。”“多謝老師。”曹丕謝道。
次日，曹操又引軍前去攻打，仍舊沒有攻下，曹操有些心恢意冷，聚衆將商議。此次曹操率十萬大軍前來攻打漢中，歷經三個月纔到達陽平關，糧草已快用完，從武功運糧到達陽平關這一路多是山路，道路崎嶇難行，運糧也是個困難，如不快速攻下陽平關，糧盡則軍會大亂。
曹操望了下衆將，道，“陽平關易守難攻，眼下又糧草短缺，我想我們不如暫且撤兵回武功，諸位意下如何？”
劉曄道，“眼下糧草短缺，我們就是撤兵，在路上糧盡恐怕我們也回不到武功，不如拼死一戰，也許還有希望。”
曹操道，“諸位可有奇謀？”
曹丕起身道，“父親，我有一計，可破敵軍。”“講。”“父親，敵軍憑險據要，白天實難攻打，我們不如夜襲。”
曹操喜道，“正合吾意。我們今晚就發動夜襲，一舉拿下陽平關。令高則與張郃引一千兵馬今夜繞道陽平關後，子時對張衛營寨發動進攻，令夏侯淵、夏侯惇引軍五千，今夜潛至陽平關山，但聽山上號角，分別去取左邊營寨，令徐晃、許褚各引五千兵今夜潛至陽平關下，但見山上大亂，去取右邊營寨，盡點火把，造成聲勢，就近扔進敵營，敵可破矣。”
衆將領令，分頭行動。
至半夜，高則與張郃從後山偷偷摸上，忽地驚起一羣麋鹿直衝張衛後寨，張衛寨中的守軍被麋鹿這一衝撞，驚恐不已，高則見機讓士兵吹起號角，張郃引軍便殺入寨中。楊任慌忙來戰，被張郃一槍刺死，山寨頓時大亂。
這邊夏侯淵、夏侯惇、徐晃、許褚見山上大亂便令兵士點起火把齊聲吶喊衝上山去，至寨牆邊，盡把火把扔入寨內，守軍哪裡敢擋，棄寨而逃，守將楊昂匆忙來戰，被夏侯淵斬殺，至天明，陽平關各寨都被攻陷，張衛投降，士兵捉了龐德來見曹操，曹操親自爲其鬆綁，龐德跪地請降。曹操犒賞三軍，封張衛爲昭義將軍、龐德爲立義將軍、關門亭侯。
攻下陽平關後，曹操留張郃鎮守陽平關，然後率大軍向南鄭進發。消息傳到南鄭，張魯想舉城投降，閻圃諫道，“將軍在大勢已去的情況下投降曹操，曹操必然不會重視，將軍不如暫投巴中樸胡、杜濩抵抗一陣，然後再歸順，功勞肯定會多。”張魯聽其言。又有人建議將府庫裡的金銀財寶全部燒燬，張魯道，“我本來是想歸須曹公的，可曹公不知道已經打過來了，這些財物本來是屬於國家的，把它封存起來還是留給國家吧。”於是張魯命令將府庫封存，然後才率衆前往巴中投靠杜濩、樸胡。
曹操到達南鄭後見府庫封存，金銀無失，聽聞張魯之言，十分敬佩張魯，於是便令人前去巴中召降張魯，張魯遂降，被曹操封爲鎮南將軍、闐中侯，食邑萬戶。
曹操攻取漢中，將兵馬屯於南鄭進行休整，司馬懿諫道，“現魏公已攻佔漢中威震巴西，魏公何不趁機去奪取西川？”
曹操淡笑了一下，望着司馬懿，目光裡充滿了一種威嚴而陰森的氣色，讓司馬懿感到背部發涼，只聽曹操道，“你沒聽說得隴望蜀這個典故嗎？既得隴還望蜀，這是貪心不足也，貪心不足必爲害，司馬懿，希望你以後也不要做這樣的人，明白嗎？”
司馬懿心中一驚，本想獻上一個謀略曹操會讚賞自己，卻不料曹操竟懷疑自己、提防着自己，這不是自作聰明暴露自己嗎？司馬懿連連稱是，諾諾告退，出到門外，自扇了一個嘴巴。
其實曹操並不是不想攻取西川，而是因爲曹操料定孫權藉此時機會進攻合肥，假如真這樣，如果曹操再引軍攻打西川，勢必會困在此地。劉備不同於張魯，曹操還是很忌憚的，曹操現在最關心的是合肥，不知合肥情況如何。