起兵
建安十六年(公元211年)三月，曹操传令，让镇守长安的钟繇讨伐张鲁，并派夏侯渊出河东会合钟繇。此时，夏侯渊和徐晃刚刚平定太原商曜的叛乱，军队可以沿汾河出河东。讨伐张鲁，将有可能经过关中诸将马超等人的防地。高柔为此提醒曹操：“大军西出，韩遂、马超等必会怀疑是袭击自己，必定互相煽动。宜先平定三辅(关中)，三辅(关中)平定了，汉中只要传上檄文便可平定了。”曹操未予理睬。
关中各将果然产生怀疑，马超、韩遂、侯选、程银、杨秋、李堪、张横、梁兴、成宜、马玩(合称“关中十将”)等十数部军起兵反抗，集结了十万羌、胡、汉人混杂的军队，屯于潼关，准备进攻，弘农、冯翊多个县邑起兵响应，百姓都从子午谷逃入汉中。
后人多认为，曹操就是要逼反那些表面上遵奉朝廷，实际上是各行其政的关中诸将，为名正言顺地剿灭他们制造借口。可以说，从一开始，曹操就是有预谋的。
曹操派遣曹仁督各将领前往抵挡，敕令他：“关西军精明强悍，只要坚守，不要和敌人对战。”秋七月，曹操留曹丕守邺城，亲统大军西征， 许多人都认为：“关西兵强，擅用长矛，如不是精选的前锋，则不可以抵挡了。”曹操却认为：“战争的主动权在我，不是在敌人。敌人虽然擅用长矛，我便令他们不能刺，各位看着吧。”
对峙
八月，曹操大军经函谷朔黄河西进，到达潼关。此时曹军的粮草由洛阳经函谷供应。潼关虽险，却不是一夫当关，万夫莫开的狭关，须以大军方可屯守。正因为潼关有此种特点，曹操用大军紧逼潼关，摆出非要从潼关进入关中不可的架势，马超等关中联军的注意力才能被牢牢地吸引在潼关的防守上。
关中各部不断向潼关增兵，曹操听说，不忧反喜。事后各将领不明，问他当初何以如此高兴，曹操解释说：“关中道路长远，若果敌人各依着地势防守，就算出兵攻打，没有一、二年也不可平定。现今他们全部到来结集，人数虽多，但互相都不归服，联军中无一个统领，一举便可以消灭他们，比起他们各自防守，现在容易多了，所以我便感到高兴。”
经过一段时间的相持，眼见联军的所有力量都已集中到潼关，曹操暗中却派徐晃、朱灵率步骑四千人渡过浦阪津，据河西为营，准备接应曹操大军由河东进入河西。曹操曾问徐晃如何可入关中，徐晃说：“您已带大兵到此，而敌人不再分兵守卫蒲阪，可知他们缺乏谋略。请给我一支精兵，渡过蒲坂津，作为大军的先导，截断敌人的后路，就可擒住他们了。”曹操至同意此举，并派徐晃、朱灵率四千精兵从蒲坂津(今山西永济、陕西大荔朝邑之间黄河渡口)乘虚渡过黄河。
闰八月，曹操亲自率军从潼关东面的渡口北渡黄河，先将大军移至北岸，只有曹操和许褚等虎士百余人留在南岸负责断后。马超立即率万多人袭击，乱箭齐发，矢下如雨。但曹操仍然在胡床上不动，许褚见势危，立刻扶曹操上船，船夫却被流矢射杀，许褚左手举著马鞍作盾，为曹操挡箭，右手则拼命撑船，数次受害。驶了四、五里，马超军仍不断追赶、射箭，大军都不知曹操安危，十分担心。这时校尉丁斐命军队放走牛马，用以作饵引敌人，关中联军果然放弃追剿，赶紧追捕牛马，曹操最后才成功渡河。 各人见曹操平安无事，悲喜交集，但曹操却大笑：“今日差点被小贼困住呀!“
徐晃刚刚从浦阪津渡过黄河，还没来得及建立寨栅，当夜梁兴即领步骑五千多人前来攻击，被徐晃击败。 曹操与徐晃约好，在曹操从潼关北渡时，徐晃方才能从浦阪津西渡黄河，否则，消息过早泄露，徐晃会遭到关中联军的攻击。马超看到曹操北渡，自然知道曹操是想从浦阪津渡河进入关中，遂派梁兴带五千多人前去抢占浦阪津渡口西岸，通常情况下，这五千人足以阻挡曹操渡河。但马超没有料到的是，徐晃已经抢先占领了浦阪津渡口西岸。经长途急行军赶到浦阪津渡口的梁兴军，自然不是以逸待劳的曹军对手。待消息经几百里路传回潼关时，马超再想派大军去重新夺回渡口，时间已经来不及了。
曹操事后解释时说：“贼兵占据潼关，如果我军进入河东，贼兵必将带兵守住黄河各渡口，我们就不能渡到河西;我故意重兵逼进潼关，贼兵全力来守南边，西河的防备空虚，因此徐晃、朱灵二将才能轻易占领西河。在此之后我带大军北渡黄河，贼兵不敢与我们争夺西河，是因为有他们二将的军队。” 西渡黄河后，此时曹军的粮草改由河东经浦阪津渡口供应。曹操沿河连车树栅为甬道向南推进。马超退屯渭口。曹操又多设疑兵，吸引马超的注意力，暗中却从黄河把船驶入渭河，连夜用船搭起浮桥，分兵在渭水南岸扎营。在渭水南岸立营的过程中，由于没有合适的建筑材料，加之屡受马超骑兵的突击，一时难以完成立营的工作。后乘天气突然爆冷，曹操夜里渡兵在南岸浇筑起冻沙城。天明时，冻沙城建筑完毕。关中联军乘夜攻营，被曹操伏兵所破。
九月，曹操大军全部从容渡过渭水，进驻渭南的营地。至此，曹操已经完成了全面攻击的准备。 马超等曾数次前往挑战他，曹操又不答应，只守不攻。
当时，曹操曾与韩遂、马超单马会面，曹操只带着许褚前往。马超想持其力大，乘机上前捉拿曹操。不过马超听过许褚的勇武，便问曹操：“公的虎侯在吗?”曹操用手指一指许褚，许褚瞪着马超，马超于是不敢妄动，于是双方各自退去。
离间
由于韩遂、马超等在春季三月时，就在潼关屯集十万大军，加之用于长途输送粮草的人力，关中各部，当年的农业生产几乎全废。此时秋季已过，冬季将临，关中各部却征收不上来新粮，全军有断炊之虞。
于是关中联军为免作持久战，只好割地、送子质请和。谋士贾诩认为可以假装答应他们，曹操问他有何计策，贾诩说：“离间他们就可以了。”曹操明白他的意思，便应许联军的请求。
韩遂作代表与曹操相见。曹操与韩遂父亲在同一年被推荐为孝廉，又与韩遂是同辈，曾有交情。当二人会面时，在马上不谈军事，只说当年在京都的旧事，拍手欢笑。曹军又列出五千铁骑作十重阵，精光耀日，联军惊讶，纷纷前来看曹操是什么人，曹操笑着对他们说：“你们都想看曹某吧!我也只是一个普通人，不是有四只眼睛、两张嘴巴，只是较多智谋罢了!”又在一次会晤之中，曹操一反原先一贯示弱于敌的作法，突然列出五千铁甲骑兵，阵列森严，“精光耀日”，关中各军，无不为之震慑惊恐。
会面结束，马超等问韩遂：“曹公说了什么?”韩遂却回答：“没有什么。”马超等对韩遂的态度十分怀疑，担心他与曹操私下联系。过了几天，曹操给韩遂书信，信中却故意在多个言词上涂涂抹抹，改来改去，就像是韩遂改动一样;马超等疑心愈来愈大，曹操便趁此时与联军约定决战。
决战
离间计刚刚施用完毕，曹操立即与马超、韩遂等约期会战，而马超、韩遂等也急于结束对峙状态。曹操先以轻兵前往挑战，大战了很久，曹军以虎豹骑夹击联军，联军大败，曹军斩杀了成宜、李堪等人。结果韩遂、马超、梁兴败走凉州，杨秋则前往安定，程银、侯选南入汉中投靠张鲁。渭南之战到此结束。
在这场惊天动地的大决战中，关中诸将的武装力量基本损失殆尽，从此结束了关中军阀割据的局面，关中各郡进入了朝廷直接掌控的范围。不久，韩遂、马超等依靠羌、氐二族以及张鲁的力量在凉州作乱一年余，但又被夏侯渊等击破，陇右、凉州平定。