黄忠在激战中，手起刀落，将夏侯渊斩于马下；随军的曹操委任的益州刺史赵颐也阵亡，曹军大败。现在，定军山武侯坪有一斩将桥，据说是当年夏侯渊被杀之处。隔江的天荡山天灯寺前有一巨石，相传是黄忠得胜回营时下马的踏脚石。还有黄忠插旗山等古迹。
张合退至阳平关，与汉中曹军合为一处。当时，三军失帅，军心动摇。督军杜袭与司马郭淮对众将说：“张将军是国家名将，刘备惮畏；今日事急，非张将军不能安定军心。”于是大家推举张合为帅。张合重整曹军，一一布署。各营将领全都接受号令，众心才得到安定。
当刘备乘胜追击，要渡汉水时，汉中曹将主张依水为阵抵抗。但郭淮却说：“这是示弱，不足以挫敌。不如远水列阵，引诱敌军半渡，然后攻击，可破刘备。”张合采纳。刘备见曹军远离汉水，心中生疑，未敢轻率渡河。
曹操损兵折将，打听到是法正为刘备出谋划策，便叹息道：“我本来就知道刘备没有如此眼光和智谋，一定是有人教他。”三月，他亲自率军从长安出发，穿过斜谷，援救汉中。刘备说：“曹公虽来，也无能为力，我必得汉川。”于是敛兵拒险，不与交锋，坐等曹操兵疲自退。
一次，赵云率数十骑出营侦察，与曹军大队遭遇。赵云且战且退，回到营中，敞开大门，偃旗息鼓。魏军疑有埋伏，自动回兵。赵云命士兵击鼓，仅用劲弩射击。魏军大惊，自相践踏，不少坠入汉水淹死。刘备前来视营，称赞赵云：“子龙一身都是胆。”
曹操此来，确实不是要争汉中，而是要接应张合诸军及汉中民撤离汉中，以充实关中。在长安时，他审时度势，就已决定忍痛放弃汉中，但又担心刘备乘胜北攻武都氐人，威胁关中，便向雍州刺史张既问计。张既建议用厚赏劝说武都氐人迁居关中西部。曹操来汉中的同时，便派曹真与张既到武都接应曹洪并迁徙当地氐人5万户到扶风、天水一带。
曹操理智上虽要放弃汉中，感情上却实在不愿认输，内心矛盾，所以在汉中下达的营中口令为“鸡肋”，随行众官都猜不透是什么意思，只有主簿杨修一听就明白了，开始收拾行装。别人吃惊地问他为什么，他回答：“鸡肋，弃之可惜，食之无所得，正好比是汉中?由此猜知魏王要撤军了。”
五月，曹操果然撤兵回到长安，并迁徙汉中民众数万户落籍三辅。他令曹洪、张合诸将把守关中西大门陈仓，严防刘备。十月，自率主力还师洛阳，两个月后就病死了。
刘备唾手而得汉中。接着他又派宜都(湖北宜都)太守孟达北攻房陵(湖北房县)，并遣养子刘封自汉中乘沔水而下与孟达合攻上庸。到了秋天，刘备志满意得，步曹操称魏王的后尘，自称汉中王，凯旋回师成都，委任魏延为都督，镇守汉中。至此，刘备拥有荆、益2州及汉中，势力达到顶峰。
