随后，曹操就派兵攻打山上的营寨，结果因为山太陡，打了好久都打不下来，士兵死伤惨重，粮草也快没了。曹操一看这情况，便不想打了，就下令让夏侯惇和许褚去把前面的部队叫回来准备撤退。巧的是，那天晚上大雾弥漫，曹军迷迷糊糊地就闯进了张卫的一处营地，营里的守军吓得四散奔逃。侍中辛毗和主簿刘晔就赶紧跑去告诉夏侯惇“咱们已经把敌人营地占了”，夏侯惇压根不信，待自己跑去确认了之后，才回去向曹操报告。曹军抓住机会乘胜追击，张卫吓得连夜逃跑了。
张鲁听说阳平关丢了，又想投降曹操。他的谋士阎圃劝他说：“现在被逼着投降，显得你没啥功劳；不如先跑到巴中，投靠当地的大佬杜濩、朴胡，抵抗一阵子再投降，这样显得你更有价值。”张鲁觉得有道理，就往南山方向撤退。临走的时候，身边的人还劝他把仓库里的珍宝一把火烧了，张鲁没同意，还说：“我本来就想归顺朝廷，只是还没找到合适的时机罢了。这些财物早晚都是国家的。”于是就让人把仓库封好，这才离开。曹操进了南郑，知道张鲁的做法后，觉得这人还不错，因为张鲁本来就有投降的心思，就专门派人去安抚他。
曹操拿下汉中后，丞相主簿司马懿就跟曹操说：“刘备靠耍手段、动武力逼刘璋让出了益州，现在蜀地的人还没有完全臣服他，他又跑到江陵去跟孙权争地盘，这可是个千载难逢的好机会。咱们刚打下汉中，益州那边已经人心惶惶了，要是趁热打铁继续进攻，益州肯定守不住。聪明人既不能违背时机，更不能错过时机啊！”曹操却摇头说：“人就怕贪心不足，现在得了陇右，还想一口气拿下蜀地？”
刘晔也劝曹操说：“刘备虽然厉害，但做事不够果断；他占领益州没多久，当地人还没真正认可他。咱们刚拿下汉中，蜀地的人都吓破胆了，这局势对咱们太有利了。凭您的本事和威望，趁现在进攻，肯定能打下来。要是再拖下去，等诸葛亮把蜀地治理得井井有条，关羽、张飞这俩猛将也稳住了局面，蜀地人心安定，再加上地势险要，以后就难打了。现在不打，以后就是个大麻烦！”可曹操还是不听。
过了七天，从蜀地逃过来投降的人说：“蜀地现在乱套了，一天之内就会发生几十起骚乱，当官的杀了闹事的人也压不住。”曹操赶紧问刘晔：“现在还能打吗？”刘晔说：“现在蜀地的局势已经稍微稳定下来，打不了了。”曹操只好下令撤军。临走前，他让夏侯渊当都护将军，带着张合、徐晃等人镇守汉中；又让丞相长史杜袭当驸马都尉，留下来管理汉中事务。杜袭在汉中安抚百姓，后来有八万多人自愿搬到洛阳、邺城去住。
到了八月，孙权带着十万大军去围攻合肥。当时张辽、李典、乐进只带着七千多人守在合肥。曹操之前去打张鲁的时候，给合肥护军薛悌写了封信，还特意交代说：“等敌人来了再打开。”等到孙权兵临城下了，众人打开信一看，上面写着：“要是孙权来进攻，就让张辽、李典带兵出战，乐进守城，薛悌别参战。”大家一看敌我兵力悬殊，都怀疑这命令靠不靠谱。
张辽说：“主公现在远在天边，要是等救兵赶来，合肥早被孙权打下来了。这封信的意思是让我们趁敌军还没集结好，主动出击，挫挫他们的锐气，这样大家才能安心守城。”对此，乐进等人都没有说话。张辽一看，顿时就急了，赶忙喊道：“成败在此一举！你们要是还犹豫，我张辽自己带兵上！”李典平时跟张辽关系不好，可这时候也不含糊，大声说道：“这是国家大事，只要你的计策可行，我怎么能因为私人恩怨耽误国家大事呢？我跟你一起出战！”
当天夜里，张辽就招募了八百个不怕死的士兵，并杀牛犒劳他们。第二天一大早，张辽就披好铠甲、拿着长戟，带头冲进了敌营，一口气杀了几十个人，还砍了两个吴国将领，一边冲还一边大喊自己的名字，直接冲到了孙权的帅旗下。孙权一看这阵仗，被吓得慌了神，赶紧跑到高坡上，拿着长戟防身。张辽大声喊孙权下来单挑，孙权根本不敢动。后来孙权发现张辽带的人不多，就调集兵力把张辽他们团团围住。张辽拼命突围，最后带着几十个人冲了出去。可还有不少士兵被困在里面，大喊：“将军不要丢下我们！”张辽二话不说，又策马杀回了重围，把剩下的人都救了出来。这一仗从早上打到中午，孙权的军队被打得没了士气。张辽这才带兵撤回城中，开始加固防御工事，守城的军心也彻底稳下来了。
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孙权带着大军围攻合肥，打了十多天，死活攻不下城，无奈之下，只能下令撤军。当大部队都开始往回走的时候，孙权还带着将领们逗留在逍遥津北边。张辽得到消息后，立刻带着骑兵和步兵杀了过去。
面对张辽的突袭，甘宁和吕蒙赶紧带人抵抗，凌统则带着亲兵保护孙权突围。突围出去后，凌统又杀回去继续和张辽的军队拼杀，结果他的亲兵全部战死，自己也受了伤。确定孙权安全了，凌统才退下来。
孙权骑马逃到逍遥津桥边，发现桥板已经被拆了一丈多长。关键时刻，亲近监谷利跟在马后面，让孙权抓紧马鞍、松开缰绳，自己在后面挥鞭使劲抽打马匹。马奋力一跃，孙权这才惊险地冲过断桥。贺齐带着三千人在桥南接应，孙权这才彻底脱险。
事后孙权在大船上摆庆功宴，贺齐突然哭着离席说：“您是主公，做事应该稳重些！今天这事儿太危险了，大家都被吓得不轻，希望您一定要记住这次教训！”孙权听后，便亲自上前给贺齐擦眼泪，还说：“我特别后悔，一定会牢牢记住这次教训的，绝不是随便说说就算了。”
到了九月，巴郡的一些部落首领，像朴胡、杜濩、任约，各自带着手下归顺了曹操。朝廷把巴郡划分成几个部分，让朴胡当巴东太守，杜濩当巴西太守，任约当巴郡太守，还把他们都封为了列侯。
十月份，朝廷开始设立名号侯，专门用来奖赏有军功的人。
十一月，张鲁带着全家出城投降了曹操。曹操亲自前去迎接，封张鲁为镇南将军，用贵宾的礼节招待他，还封他为阆中侯，给他一万户的食邑。张鲁的五个儿子还有阎圃等人，也都被封了列侯。
对此，习凿齿发表了自己的看法，他说：之前阎圃劝张鲁不要称王，现在曹操又追封他爵位，这样一来，以后还有谁不想投降曹操呢！就像堵住了水源，水流自然就断了。要是不明白这个道理，只知道奖赏战场上拼命杀敌的人，老百姓就会觉得只有打仗能捞好处，大家就都会崇尚武力，战争就没完没了了。曹操这样封赏，才是抓住了赏罚的关键。
程银、侯选、庞惪也跟着张鲁投降了。曹操恢复了程银、侯选原来的官职，还封庞惪为立义将军。
张鲁逃到巴中时，黄权就对刘备说：“如果失去了汉中，那么三巴地区就会衰落，这就如同割掉了蜀地的大腿和手臂一样。”刘备于是任命黄权为护军，率领众将迎接张鲁；但张鲁已经投降了曹操，黄权便率军攻打朴胡、杜濩、任约，并击败了他们。魏公曹操派张合督率各军攻掠三巴地区，想把那里的百姓迁徙到汉中，大军进军宕渠。刘备派巴西太守张飞与张合对峙，五十多天后，张飞突袭张合，最后大败曹军。张合逃回南郑，刘备也返回了成都。
这时，曹操把原来韩遂、马超手下的五千多士兵迁出来，让平难将军殷署等人管理他们，还任命扶风太守赵俨当关中护军。曹操让赵俨派一千二百个士兵去汉中帮忙防守，由殷署带队护送。这些被派去的士兵心里都不乐意。