诸葛亮对黄忠说：“既然你执意要去，我派法正协助你。你们凡事都要商量着办，我随后会调遣人马去接应。” 黄忠答应下来，便和法正带领本部兵马出发了。诸葛亮告诉刘备：“这位老将，不用言语激励他，就算去了也难以成功。如今他既然已经出发，我们必须调派人马去接应。” 于是，诸葛亮叫来赵云，吩咐道：“你带领一支人马，从小路出奇兵去接应黄忠。如果黄忠获胜，你就不必出战；倘若黄忠有失，你立刻前去救援。” 接着，又派刘封、孟达，说：“你们率领三千士兵，在山中险要之处，多树立旌旗，壮我军声势，让敌人产生疑虑。” 三人各自领命带兵而去。诸葛亮还派人到下辨，给马超传授计策，让他依计行事。同时，派严颜前往巴西阆中驻守关隘，替换张飞、魏延回来一同夺取汉中。
再说张合与夏侯尚去见夏侯渊，报告说：“天荡山已经失守，夏侯德、韩浩战死。如今听说刘备亲自领兵来夺取汉中，我们应赶快奏明魏王，让他早日派精兵猛将前来支援。” 夏侯渊随即派人告知曹洪。曹洪连夜赶到许昌，向曹操禀报此事。曹操大为震惊，急忙召集文武官员，商议出兵救援汉中。长史刘晔进谏说：“汉中若失，中原必然震动。大王切不可怕辛苦，必须亲自出征。” 曹操后悔地说：“恨我当时没有听从你的建议，才落得如此下场！” 于是，赶忙传令起兵四十万，亲自出征。此时正是建安二十三年秋七月。
曹操兵分三路进发：前部先锋是夏侯惇，曹操亲自率领中军，让曹休押后，三军依次出发。曹操骑着白马，配着金鞍，身着玉带锦衣。武士们手持大红罗销金伞盖，左右簇拥着金瓜银钺、镫棒戈矛，打着日月龙凤旌旗。护驾的龙虎官军有二万五千人，分为五队，每队五千人，按照青、黄、赤、白、黑五色区分，旗幡甲马也都依照本色，光辉灿烂，极其雄壮。大军出了潼关，曹操在马上望见一片林木极为茂盛，便问近侍：“这是什么地方？” 近侍回答：“这里叫蓝田。树林之中，是蔡邕的庄园。如今蔡邕的女儿蔡琰，和她的丈夫董祀住在这里。” 原来曹操一直与蔡邕交情很好。先前，蔡琰是卫仲道的妻子，后来被北方掳去，在北地生了两个儿子，还作了《胡笳十八拍》，流传到中原。曹操很同情她，派人带着千金到北方将她赎回。左贤王畏惧曹操的势力，便送蔡琰回了汉朝。曹操把蔡琰许配给董祀为妻。当日，曹操来到庄前，想起蔡邕的事，便让军马先行，自己带着一百多名近侍骑马来到庄门下马。当时董祀外出做官，只有蔡琰在家。蔡琰听说曹操来了，急忙出来迎接。曹操来到堂中，蔡琰行过礼后，站在一旁侍奉。曹操偶然看到墙壁上挂着一幅碑文图轴，便起身观看。他向蔡琰询问，蔡琰回答：“这是曹娥碑。昔日和帝时期，上虞有个巫师叫曹旰，擅长以乐舞娱神。五月五日，他在船中醉酒起舞，不慎坠入江中而死。他的女儿当时十四岁，在江边哭了七天七夜，然后跳入江中。五天后，她背着父亲的尸体浮出江面，乡里人将他们安葬在江边。上虞令度尚将此事奏明朝廷，将她表彰为孝女。度尚让邯郸淳写文章刻在石碑上记载这件事。当时邯郸淳年仅十三岁，一气呵成，文不加点，立碑在墓旁，当时的人都觉得很惊奇。我父亲蔡邕听说后前去观看，当时天色已晚，他便在黑暗中用手摸着碑文阅读，还拿笔在碑的背面写了八个大字。后来有人刻石时，把这八个字也刻了上去。” 曹操看那八个字写的是：“黄绢幼妇，外孙齑臼。” 曹操问蔡琰：“你明白这是什么意思吗？” 蔡琰说：“虽然这是先父的遗笔，但我实在不明白其中的意思。” 曹操回头问众谋士：“你们明白吗？” 众人都答不上来。这时，有一人站出来说：“我已明白其中含义。” 曹操一看，是主簿杨修。曹操说：“你先别说，让我想一想。” 于是辞别蔡琰，带着众人出了庄园。上马走了三里路，曹操忽然领悟，笑着对杨修说：“你说说看。” 杨修说：“这是隐语。黄绢是有颜色的丝，‘色’字旁边加个‘丝’字，是‘绝’字。幼妇就是少女，‘女’字旁边加个‘少’字，是‘妙’字。外孙是女儿的孩子，‘女’字旁边加个‘子’字，是‘好’字。齑臼是盛放五辛的器具，‘受’字旁边加个‘辛’字，是‘辞’字。总的来说，就是‘绝妙好辞’四个字。” 曹操大为惊叹：“正合我意！” 众人都对杨修的才思敏捷赞叹不已。
没过多久，大军抵达南郑。曹洪前来迎接，详细讲述了张合的事情。曹操说：“这不是张合的过错，胜败本就是兵家常事。” 曹洪又说：“如今刘备派黄忠攻打定军山，夏侯渊知道大王的兵马到了，一直坚守，未曾出战。” 曹操说：“如果不出战，就是示弱。” 于是派人拿着符节到定军山，命令夏侯渊进兵。刘晔劝谏道：“夏侯渊性情过于刚猛，恐怕会中了奸计。” 曹操便亲自写了封信给他。使者拿着符节来到夏侯渊的营帐，夏侯渊迎接进去。使者拿出书信，夏侯渊拆开一看，大致内容是：“凡是作为将领的，应当刚柔并济，不可只凭借勇猛。如果只逞勇，那不过是匹夫之勇。我如今在南郑屯集大军，就是要看你的卓越才能，希望你不要辱没了‘妙才’二字。” 夏侯渊看完后十分高兴。打发使者回去后，他与张合商议：“如今魏王率领大军屯驻在南郑，讨伐刘备。我和你长期守在这里，怎能建立功业？明天我出战，一定要生擒黄忠。” 张合说：“黄忠有勇有谋，况且还有法正相助，不可轻敌。这里山路险峻，只适合坚守。” 夏侯渊说：“如果让别人立了功劳，我和你有什么脸面去见魏王？你只管守山，我去出战。” 于是下令：“谁敢出去诱敌？” 夏侯尚说：“我愿意前往。” 夏侯渊说：“你去诱敌，与黄忠交战，只许败，不许胜。我有妙计，如此这般……” 夏侯尚领命，带领三千士兵离开定军山大寨前行。
再说黄忠与法正带兵驻扎在定军山口，多次挑战，夏侯渊坚守不出。他们想要进攻，又担心山路危险，难以预料敌军情况，只好据守。这天，忽然有士兵来报，说山上的曹兵下来挑战。黄忠正要带兵出去迎战，牙将陈式说：“将军不必动，我愿意去抵挡。” 黄忠很高兴，便命令陈式带领一千士兵，出山口列阵。夏侯尚的兵马到了，双方随即交战。没打几个回合，夏侯尚假装战败逃走。陈式追赶过去，走到半路，两山之上滚下擂木炮石，挡住了去路，无法前进。陈式正想返回，背后夏侯渊带兵突然杀出，陈式抵挡不住，被夏侯渊生擒回营。他的部下大多投降。有几个败兵逃回去，报告黄忠说陈式被擒。黄忠急忙与法正商议，法正说：“夏侯渊为人轻率急躁，恃勇少谋。我们可以激励士卒，拔营前进，步步为营，引诱夏侯渊出战，然后将他擒获，这就是反客为主的计策。” 黄忠采纳了这个计谋，把军中所有能赏赐的东西都赏给了三军，士兵们欢声满谷，都愿意拼死作战。黄忠当天就拔营前进，步步为营，每扎下一个营寨，停留几天，然后继续前进。夏侯渊得知后，想要出战。张合说：“这是反客为主的计谋，不能出战，出战就会失败。” 夏侯渊不听，命令夏侯尚带领数千士兵出战，一直来到黄忠的寨前。黄忠上马提刀出营迎战，与夏侯尚刚一交手，就将夏侯尚生擒回寨。其余曹兵纷纷败逃，回去报告夏侯渊。
夏侯渊急忙派人到黄忠的营寨，说愿意用陈式来交换夏侯尚。黄忠约定第二天在阵前交换。第二天，两军都来到山谷开阔之处，摆开阵势。黄忠、夏侯渊各自骑着马，站在本阵的门旗之下。黄忠带着夏侯尚，夏侯渊带着陈式，两人都没给他们穿袍铠，只让他们穿着单薄的衣服遮体。一声鼓响，陈式和夏侯尚各自朝着本阵奔回。夏侯尚快跑到阵门时，被黄忠一箭射中后背。夏侯尚带着箭跑回本阵。夏侯渊大怒，催马径直冲向黄忠。黄忠正想激怒夏侯渊与他厮杀。两将交战，打了二十多个回合，曹营中忽然敲响锣声收兵。夏侯渊慌忙拨马回营，黄忠趁机追杀一阵。夏侯渊回到阵中，问押阵官：“为什么鸣金收兵？” 押阵官回答：“我看到山凹处有几处蜀兵的旗幡，担心有伏兵，所以急忙召回将军。” 夏侯渊相信了他的话，于是坚守不出。
黄忠把军队逼近定军山下，与法正商议。法正用手指着说：“定军山的西面，有一座高山高耸，四周都是险道。从这座山上可以俯瞰定军山的虚实。将军如果能夺取这座山，定军山就尽在掌握了。” 黄忠抬头望去，见山顶稍微平坦，上面有一些人马。当夜二更，黄忠带领军士敲着锣打着鼓，径直杀上山顶。这座山由夏侯渊的部将杜袭把守，只有几百人。当时看到黄忠大队人马拥上来，杜袭只得弃山逃走。黄忠占领了山顶，这里正好与定军山相对。法正说：“将军可以守在半山，我在山顶。等夏侯渊的兵马到来，我举白旗为号，将军就按兵不动；等他们疲惫懈怠、毫无防备时，我举起红旗，将军就下山出击，以逸待劳，必定取胜。” 黄忠十分高兴，听从了这个计策。
再说杜袭带领败军逃回，见到夏侯渊，报告说黄忠夺了对面的山。夏侯渊大怒：“黄忠占了对面的山，我不能不出战。” 张合劝谏说：“这是法正的计谋，将军不能出战，只宜坚守。” 夏侯渊说：“他占了我的对面山，窥探我的虚实，我怎能不出战？” 张合苦苦劝谏，夏侯渊就是不听。夏侯渊分兵围住对面山，大声叫骂挑战。法正在山上举起白旗，任凭夏侯渊如何辱骂，黄忠就是不出战。午时过后，法正见曹兵疲惫不堪，锐气已失，大多下马休息，便挥动红旗，鼓角齐鸣，喊声震天，黄忠一马当先，飞驰下山，气势犹如天崩地塌。夏侯渊措手不及，被黄忠追到帅旗之下，黄忠大喝一声，声如雷霆。夏侯渊还没来得及迎战，黄忠的宝刀已经落下，将他连头带肩砍为两段。后人写诗称赞黄忠：“苍头临大敌，皓首逞神威。力趁雕弓发，风迎雪刃挥。雄声如虎吼，骏马似龙飞。献馘功勋重，开疆展帝畿。” 黄忠斩杀夏侯渊后，曹兵大败，各自逃命。黄忠乘势去夺取定军山，张合带兵前来迎战。黄忠与陈式两面夹攻，混战一阵，张合败逃。忽然，山旁杀出一支人马，挡住去路，为首一员大将大喊：“常山赵子龙在此！” 张合大惊，带着败军夺路朝定军山逃去。只见前面又有一支军队迎来，是杜袭。杜袭说：“如今定军山已经被刘封、孟达夺了。” 张合大惊失色，于是与杜袭带着败兵到汉水扎营，一面派人飞速报告曹操。
曹操听说夏侯渊战死，放声大哭，这才领悟管辂所说的：“三八纵横”，指的是建安二十四年；“黄猪遇虎”，是指己亥年正月；“定军之南”，就是定军山之南；“伤折一股”，是因为夏侯渊与自己有兄弟般的情谊。曹操派人寻找管辂，却不知他去了哪里。曹操对黄忠恨之入骨，于是亲自统率大军，来到定军山为夏侯渊报仇，让徐晃担任先锋。行军到汉水时，张合、杜袭前来迎接曹操。二人说：“如今定军山已失，可将米仓山的粮草转移到北山寨中屯积，然后再进兵。” 曹操听从了他们的建议。