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就在曹操召集大军准备直奔汉中之时，汉中地区的战事也变得日益激烈。献帝建安二十三年（公元218年）四月，刘备亲自带领的益州军队主力出现在了夏侯渊镇守的阳平关前。刘备选择的突破口在张郃驻守的广石地区，刘备将其兵力分为十部，趁着月黑风高之夜发动猛攻。张郃不畏强敌，率领士兵顽强抵抗，终于打退了刘备的突然袭击。刘备得知进攻受挫，立即调整进攻部署，并从益州调兵增援汉中前线。双方围绕汉中的争夺加剧。同年九月，曹操也终于赶到长安。

建安二十四年（公元219年）正月，刘备的军队从阳平关南渡汉水，并在阳平关东南方的定军山扎营，而夏侯渊也亲率大军与刘备展开对峙。两军很快展开激战。刘备命人连夜进攻，在夏侯渊军队镇守的走马谷大营之外事物里处的防御阵地上进行突破。夏侯渊命令张郃守卫东围，自己则负责南围。此时南围的防御工事已经被刘备烧毁。夏侯渊率领四百兵士前去查看，命人立即修补鹿角。

刘备手下的大将黄忠在山上望见，便从山谷中突然杀出，夏侯渊派兵迎战，敌军却绕到夏侯渊的后面，将夏侯渊及其士兵包围。夏侯渊猝不及防，被黄忠杀死。曹军死伤惨重，局面极其被动。在此危难之时，曹军将领共同推举张郃代理汉中曹军主帅，张郃不负众望，迅速组织防御力量，勒兵安阵，亲自巡视部队，稳定了军心，避免了曹军在汉中地区的全线溃败，为曹操亲自从长安赶到汉中增援赢得了宝贵的时间。

曹操得知夏侯渊被杀、汉中情况堪忧之后，立即亲自率军从长安出发并经褒斜道进入了汉中地区。不过此时刘备已在汉中站稳脚跟，利用积极防御阻挡曹操的进攻，双方爆发多次激战。曹军因战线过长，粮草供应困难，曹军粮草的主要供应通道——北山便成为了双方争夺的焦点。为保障粮道的安全，曹操部署重兵在北山设伏，并击败刘备手下大将黄忠的偷袭。尽管保住了粮道，却始终无法解决粮草的供应问题。曹操大为不满，却无力改变现状。曹军上下士气低迷，逃兵人数不断增加。

经过一段时间的拉锯战之后，曹操眼看自己无法在与刘备的较量中取胜，汉中地区已经形同“鸡肋”，没有继续固守的价值，于是全军撤退放弃汉中地区，将防线后移至关中陈仓一线，自己则于同年五月退至长安。

曹操退出汉中不久，刘备又向西城、上庸、房陵三郡地区发动攻势。这个地区是汉中郡的属县，在献帝时期才被升格为郡，该地区虽然道路崎岖，环境恶劣，但由于地处襄阳以西，是连接汉中至襄阳的重要通道，战略位置非常重要。为了尽快攻占三郡，刘备派出刘封及宜都太守孟达率军发动向三郡发动进攻，短短几个月时间，三郡也落入了刘备之手。汉中之战以曹操的失败而宣告结束。

参考书籍：《三国志》