三国时，汉中大量人口曾被曹操强行迁徙到关中、洛阳一带，《三国志·武帝纪》和《三国志·张鲁传》曾记载了这段历史。
汉献帝建安二十年(公元215年)初，魏公曹操，亲率10万大军进攻盘踞汉中的张鲁。三月到陈仓。五月，武都河池的氐王窦茂众万余人，“恃险不服”，曹军经过激战，攻克了河池，打通了南下的道路。七月，曹操主力到达勉县阳平关(今水磨湾)一带。
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此时，张鲁的弟弟张卫，带领大将杨昂、杨任和5万兵马，依托阳平关南北二山之间的险要地形，修筑了长达十余里的防御工事。曹军稍作休整，开始猛攻。由于地形险要、防御坚固，曹军连攻数日，毫无进展。
曹操于是假装撤退，以麻痹防御的张鲁部队。果然，张卫等人得知曹军攻关不下，已经全线撤退，就放松了戒备。于是，曹操派兵进行夜袭。正巧半路将数千只野糜驱赶冲入了张卫的营垒，导致其防御工事的损毁，曹军借势鼓角齐鸣，趁虚而入，给张卫造成了曹军主力全线突破的假象，张卫弃阵而逃。史书称此役：“天祚大魏，鲁守自坏，因以定之。”
阳平关攻克后。汉中危在旦夕。张鲁决定逃向巴郡(今巴中)。临走时，有人建议烧毁汉中等地的仓库，但是张鲁认为：“本欲归命国家，而意未达。今之走，避锐锋，非有恶意。宝货仓库，国家之有。”于是把所有的仓库加以封存，完好留给了曹操。
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曹操兵不血刃，一举占领汉中。之后，巴七姓夷王朴胡、邑侯杜濩举巴夷子民来附，巴郡正式归附于曹操。于是曹操分巴郡，以朴胡为巴东太守，杜濩为巴西太守。
十一月，张鲁举家从巴中归降。曹操感念张鲁弃守汉中留下大批粮草、财物之功，任命他为镇南将军，以客礼相待，封张鲁为阆中侯，食邑一万户，还与张鲁结为儿女亲家。后世道教徒称张鲁为“张镇南”源于此。至此，汉中战役终告结束。此役，曹军自三月到十一月，共历时九个月，消灭了割据汉中地区的张鲁集团和武都一带的氐王窦茂，控制了甘肃南部、陕南大部以及巴蜀的北部地区。这次出征，应是曹操一生中最后拓展的一块地盘。汉中的夺取，为后来曹魏收复巴蜀打下基础。
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十二月，曹操留征西将军夏侯渊驻军汉中，拜丞相长史杜袭为驸马都尉留督汉中军事，自己率大军北返邺城。撤离时，曹操接受雍州刺史张既建议，为防止张鲁东山再起，“太祖拔汉中民数万户以实长安及三辅。”曹操除带走了张鲁家族，还强行迁徙汉中百姓数万家到长安、洛阳、邺城。后又令杜袭再次迁徙汉中民众8万人到洛邺。当时，不少五斗米道徒也甘愿随张鲁迁徙。至此，“汉中之民减半，”曹操两次从汉中掠走了大量人口。后刘备虽得汉中之地，却失去了宝贵的人力资源。