汉中是益州东北部的一个边郡，地理条件好，周围环山，北屏秦岭，中间是汉水盆地，汉水支流沔水流经其间，土地肥沃，物产丰富。从这里北上可以控制秦陇，南下可以直达荆襄，因此在军事上也占有重要地位，是咽喉重镇。
公元215年，曹操亲率大军进攻汉中的张鲁，张鲁败降，曹操留大将夏侯渊驻守汉中。公元217年，鲁肃去世，接替鲁肃屯兵陆口的吕蒙，会不会像鲁肃那样顾全大局，与关羽友好相处呢？出于对吴蜀联盟前途的担忧，刘备和诸葛亮感到夺占汉中，巩固巴蜀，已是刻不容缓的事。
法正对于夺取汉中的紧迫性也有同感。他对刘备说道：“曹操一举攻下汉中降服张鲁，不乘机进兵益州，而是留下夏侯渊、张郃镇守汉中，自己急忙回到北方，这是为什么？是因为曹操智慧不足力量不够吗？不是，是由于他内部忧患使然。我认为，夏侯渊与张郃的才干谋略，不能胜任独当一面的需要，我们如果出动全军前去讨伐，必定可以攻取汉中。攻占汉中之后，广兴农业，积聚粮食，观察形势，等待时机，推翻曹操，兴复汉室；可以蚕食雍、凉二州，开疆扩土；也可以固守要害，作持久的打算。这是天赐良机，我们不可失掉啊。”
法正的建议与“隆中对”的战略目标是一致的，自然得到了诸葛亮的赞同，也被刘备采纳。刘备立即做了如下部署：诸葛亮镇守成都，刘备亲率大军征汉中，法正随从参谋军机，赵云、黄忠、魏延、张飞、马超、吴兰等主要将领全部从征。
刘备与曹操争夺汉中的战役开始了。刘备将军队分作两路：一路由张飞、马超、吴兰率领，直抵武都，进屯下辨（武都郡治所，今甘肃成县西北）；另一路军进入陇右，起着牵制曹军、配合主力的作用。特别是马超，自幼生长在凉州，有羌人血统，甚得羌胡之心，威震陇右之地，由他策动武都、陇右氐羌及旧部反曹显然是合适的人选。果然，马超等至武都以后，氐人酋长雷定等率七万余部众反曹响应马超。
曹操闻听刘备军至陇右，急派曹洪、曹休率军攻取下辨。曹休是曹操的族侄，曹操很是宠爱他，称他为“吾家千里驹”。此次出兵陇右，曹休虽为骑都尉，参与曹洪军事，但曹操却对他说：“汝虽参军，其实帅也。”因此，曹洪虽然名义上是主帅，进行重大决策的人其实是曹休。
当时，刘备将吴兰屯驻下辨。当曹军准备进攻时，在他们的后面固山，却出现了张飞的队伍，看样子是要切断他们的后路。曹兵立即慌乱起来。曹休对众人说：“张飞要真的打算断我后路，就应该伏兵潜行，不让我们知道。如今他这样大张旗鼓，虚张声势，说明他不能断我后路。我们应乘他们还未集中，迅速进击吴兰。吴兰一破，张飞必然退走。”于是，曹洪下令进攻吴兰。吴兰败走，被阳平氐人强端斩杀。张飞、马超见下辨失守，只好向后撤退。
刘备一路直攻汉中，在阳平关与曹军对峙。为了保证道路的畅通，刘备派大将陈式率十余营兵士驻扎在马鸣阁道。马鸣阁道是蜀中古栈道，在今四川广元市北朝天镇附近，沿嘉陵江河谷修建。刘备率兵驻扎于此，一方面保证后方供应，一方面保证退路。夏侯渊派大将徐晃率兵袭击陈式，陈式军被打败，士兵纷纷跳入山谷，伤亡惨重。
刘、曹两军经过激战之后，双方相持于巴、汉之间。刘备“急书发益州兵”，诸葛亮与从事杨洪商议对策。杨洪说：“汉中则益州咽喉，存亡之机会，若无汉中则无蜀矣，此家门之祸也。方今之事，男子当战，女子当运，发兵何疑。”诸葛亮非常看重杨洪的见识，当即发兵，支援汉中前线。
从建安二十二年（217）刘备出兵汉中到二十三年（218），双方在汉中僵持了一年多。
建安二十四年（219）春，刘备发动定军山战役，大败曹军。曹军损失了主帅夏侯渊，又恐刘备乘胜进攻，众人慌作一团。
虽然有张郃出来收拾残局，但定军山一仗，对刘备争夺汉中之役毕竟是个重要转折。从此，形势开始向有利于刘备方面转化。
建安二十四年（219）三月，曹操自长安率兵经褒斜谷赶往汉中。刘备听说曹操到来，信心十足地说：“曹公虽来，无能为也，我必有汉川矣。”
曹操入汉中，是想反击刘备，以保住汉中。然而刘备却敛众据险，不与曹操硬拼。曹操进入汉中，带来数千万袋军粮，储于北山之下。刘备大将黄忠认为可袭取曹操北山军粮，曹军无粮必败退。赵云赞成黄忠之计，并将自己所统之兵拨出一部分随黄忠去北山。
按照正常时间，黄忠该事毕归营了，可是仍不见其归来。赵云放心不下，便率数十骑兵出营，接应黄忠。不料没有接到黄忠，却碰到了曹操的前锋部队，两军厮杀起来。赵云寡不敌众，率众且战且退，一直退回自己大营。这时，赵云的副将张翼主张紧闭营门坚守，而赵云入营后，却令大开营门，偃旗息鼓。
曹军追到营前，见到这种情形，怀疑赵云有埋伏，便退军回去。赵云见曹兵退却，令士兵擂鼓，声音震天，并让士兵用劲弩猛射曹军，曹军惊骇，自相践踏，有很多人落入汉水而死。第二天，刘备来到赵云大营，见他昨日与曹军作战之处，高兴地称赞赵云说：“子龙一身都是胆也。”
一个多月过去了。
曹操在汉中欲守无险，欲战不能，除了军粮一天天减少、士兵伤亡逐渐增加外，其他一无所获。
时值五月，盛夏的汉中酷热难耐。这里本是个盆地，盆底平坦、宽阔，然而不知为什么，曹操觉得这土地忽然变小了，四面的大山增高了，他有一种被装进盆里的感觉，压抑、憋闷，他甚至对这个地方有些厌恶。
建安二十四年（219）夏五月，曹操引兵撤出汉中。汉中归刘备所有。七月，诸葛亮等一百二十名文臣武将联名上表汉献帝，拥立刘备为汉中王。
诸葛亮策划拥立刘备为汉中王，是与前不久曹操晋封魏王相抗衡。
当然上表根本不用汉献帝批准，因为有曹操把持朝政，所以汉献帝也绝不会批准。表文一上，就在汉中的沔阳（今陕西省勉县东南）设坛场，举行隆重典礼，刘备戴上王冠，接受玉玺，成了汉中王。
就这样，蜀汉政权正式成立了。
汉中称王后，刘备率文武官员回到成都，开府治事。
刘备自封汉中王，拜许靖为太傅、法正为尚书令，以军师诸葛亮总领军国大事。
刘备做出的第一项重要任命就是提升牙门将军魏延为镇远将军，领汉中太守，去驻守汉中。
于是，三国鼎足之势至此形成。