刘璋在杀了张松以后，随即命令各地将领，不再把公文送交刘备，刘备召见刘璋的白水军的司令杨怀与将军高沛，骂了他们一顿，将他们斩首。
刘璋、刘备成了仇敌。刘备一面派遣黄忠与卓膺，带兵向涪县(绵阳)前进;一面亲自冲进白水关，接收杨怀与高沛所遗留下来的白水军，先叫白水军的军官与兵士每人都把家眷留下来当“人质”。然后就率领这些军官兵士，开到涪县，与黄忠、卓膺二人的部队会合。
涪县很快就被攻下，刘璋的主力退守绵竹县。刘璋加派一个姓李名严的人，做守城的“督”。这李严守了不久，就伙同费观等人向刘备投降。
刘备进一步包围雒县(四川广汉)。围了差不多一年，破不了城。守城的是刘璋的大将张任。张任的部队，射死了刘备的两个“军师中郎将”之一：庞统(另一位军师中郎将是诸葛亮，留在荆州)。
刘备派人叫诸葛亮赶快来，也叫张飞、赵云同时来。
三人带了不少的兵，只留下不太多的部队，由关羽坐镇荆州。关羽身边，没有什么文人，只剩下一个马良(马良是马谡的哥哥，比马谡有学问)。
张、赵与请葛亮率军浩浩荡荡地进入益州，抵达江州(重庆)，与刘璋的巴郡太守严颜，打了一仗，俘虏了严颜。张飞骂严颜：“我们的大军已到，你为什么不来投降。”严颜回骂：“你们来侵夺我们的益州。益州只有断头的将军，没有投降的将军。”张飞大生其气，叫左右把严颜拖出去砍了。严颜却并不害怕，也不生气，从容不迫地向张飞说;“砍头就砍头。你生气干什么?”张飞听了，有点惭愧，气也消了。对严颜生出了佩服之心，就吩咐左右，把严颜释放。而且聘请了严颜当自己的“宾客”(相当于今日的顾问参议)。
占领了江州以后，诸葛亮陪张飞走北路，赵云走南路，目的地是雒【luo】县。张飞所走的北路，可能是溯涪江而上，指向西北，经过今日的合川、遂宁、三台，转向正西,以便帮助刘备围攻雒城。
赵云所走的，是先向西南，溯长江而下，占领江阳(泸州)。转而向北，经今日的内江、资中、简阳。他们三人未曾到达雒县之时，刘备已经攻下了雒城，转攻成都了。
张飞、赵云与诸葛亮所率领的大军，与刘备所直接统率的部队会合，把刘璋紧紧地困在成都城。
忽然，马超派人从汉中来找刘备，表示愿意来益州投奔他。
刘备大为高兴，向左右说：“有马超肯来，益州等于是已经拿下来了。”
马超带领了他的残余的少数军队，来到成都郊外，拜见了刘备与张飞、赵云、诸葛亮、黄忠、卓膺等人。刘备分了很多兵给马超，叫马超把这些兵改换服装，在外表上成为凉州的胡人的样子。
刘璋在成都的城里，接到城墙上守望兵士的报告，说马超带了许多的凉州胡人部队来，十分害怕。
刘璋决定向刘备投降。他的左右说：“城里的精兵还有三万，粮食还够吃两年，为什么要投降呢?况且您父亲与您，两代的益州牧，都对老百姓极为宽厚。老百姓与文武百官，都愿意和兵士一致作战，情愿为您而死。”
刘璋说：“不必了。我与先父做了益州的长官二十几年，并没有什么恩德施给百姓。最近这三年(从建安十七年到建安十九年)，与刘备兵连祸结，军民死了很多，都是为我而死。我怎么忍心再叫成都城內的这些人又死呢?”
于是，他开城投降。刘备对他也颇能留一手，不仅不将他杀害，而且送他与家眷到荆州公安城去住，叫他把私人的财宝完全带走。又准他仍旧佩带“振威将军”印绶(这振威将军的名义，是以前曹操用汉献帝的名义颁给刘璋的)。