濡须之战后，曹操留张辽驻守合肥，自统大军回到邺城，公元215年3月，曹操在得知刘备已取得西川后恐刘备再取汉中，于是便亲率大军十万，带大将许褚、夏侯惇、徐晃、曹仁、曹洪等几十员战将离开邺城前去攻取汉中，让曹丕随军前往，留曹植守邺城，令董昭辅之。
为了防止孙权乘机攻打合肥，在临走之前曹操写了一封信封于木匣之中，交给护军薛悌，让他带给张辽，木匣上写明“待敌人到来之时才能打开。”
此次曹操亲征汉中，谋士除了主行军主簿刘晔之外还带上了司马懿，任命两人为军师，因为此时郭嘉、荀彧及荀攸都已病死，曹操手下也只有刘晔、贾诩及司马懿三人属于智囊人物了，特别是司马懿，虽然从未行军打过仗，但曹操认定司马懿的智慧要胜过他手下所有的谋士，因此，此次出征便将司马懿带上，想对他加以培养。
4月，大军到达武功郡，曹操令武功太守苏则作向导向汉中进发。曹操又传令驻守长安的夏侯渊起兵两万，前去阳平关与自己会师。
大军从陈仓出散关抵达河池，氐人部落氐王窦茂率一万余人抵抗，被曹操全部屠杀。
消息传到南郑，张鲁想献汉中投降，其弟张卫道，“主公，曹操若想进入汉中，必须经过阳平关，阳平关地势险要，易守难攻，只要我们守住了阳平关，曹操他就进不得汉中。”
张鲁想了想，还是道，“曹操兵盛，我看阳平关也难以守住，不如早降。”主簿阎圃道，“曹军虽然兵盛，可他们远道而来十分疲惫，战力会下降，他即是来了，也一时难以攻破阳平关。”张鲁道，“好，既如此，我们就坚守汉中，就令张卫带杨任、杨白统兵五万前去阳平安御敌。”张卫领令。阎圃又道，“臣保举一人为先锋前去阳平关御敌，定能取胜。”“何人？”“此人乃西凉猛将庞德庞令明。”张鲁喜道，“我怎么就忘了此人了呢，准。”
于是张鲁便将庞德召来，庞德顶盔挂甲、脚步稳健、甲片响亮地前来听令，冲张鲁一抱拳，张鲁大喜，看着他，道，“庞将军免礼，今曹操率兵要侵犯我汉中，我知庞将军神勇，特令庞将军为前部先锋引精兵五千前去阳平关御敌，到了之后，先要在阳平关两侧的山脊上构筑营寨以挡曹军。”庞德领令而去。随后，张卫率大将杨任、杨白等统兵五万，前去阳平关御敌。
庞德到阳平关之时曹军还未来到，庞德便令军士在阳平关两侧构筑营寨十余个，张卫引军赶到后，分调众将各营寨防御。
7月，曹操率大军赶到阳平关下。曹操举目望了望两山夹口之间的阳平关，又望了望阳平关两侧山顶相连的十余个营寨，感叹道，“不想阳平关防守竟如此严密，难以攻破啊。”他转头看了看身边的司马懿，道，“仲达可有破敌之策？”
司马懿道，“阳平关防守如此严密，只易缓图。”
曹操点头，传令兵士讨敌叫阵。
不一会，阳平关城门大开，一彪人马冲下关来，为首一员大将乃是庞德庞令明。庞德率军冲下关来列开阵式，独骑前出几步，高声冲曹操喝道，“曹操，因何来攻我关中？”
曹操认识庞德，知其勇武，但庞德的出现让曹操大惑不解，便问，“庞德，听闻你主子马超已投靠刘备，你因何独留汉中？”庞德怒道，“这是我的事，用不着你管！曹操，你既然来了，那我们杀场上见分晓！”曹操回顾左右，问，“哪位将军出战庞德？”话未了，许褚出马，挥刀直奔庞德，“我来取他性命！”
庞德推马迎上，两刀相击，战有五十余合不分胜负。
曹操又使张郃出战，张郃挺枪而出双战庞德，庞德毫无惧色。关上的张卫见曹将双战庞德，恐其有失，急忙鸣金，庞德听闻冲许褚、张郃大道，“且住！明日再战！”说罢拨马挥军返回。
许褚、张郃哪里肯罢休，策马追赶，曹操挥军便上。
庞德且战且退，待到半山腰时，山上箭如雨发射向曹军，曹军不得上，庞德趁机退回关中。
曹操指挥将士攻打了半天也没靠近关前，关山滚木、雷石、箭矢齐射，曹兵伤亡不少，曹操见难以攻破，传令退军，退兵三里地扎营。
首战失利，曹丕来找老师司马懿，两人来到一山坡上找地方坐下来，曹丕望着眼前茂密的野树林对司马懿道，“老师，此次攻打阳平关父亲的本意是迅速拿下，可阳平关地处险要极难攻取，老师可有妙计否？”
司马懿沉了许久才道，“白天攻打，敌人在高处又凭险要，极难攻打，这是敌人的优势，若想将敌人的优势降低，只能夜袭。”
曹丕喜道，“老师何不把此计献于家父。”司马懿不转脸地道，“不急，魏公还未到计穷之时，也许，魏公也想到了这一点。”
曹丕道，“父亲此次带老师出来，看来父亲是有意想提拔你。”司马懿道，“我倒无所谓，只是公子……”
曹丕心里明白，沉了会，忧郁地道，“现在父亲越来越喜欢曹植了，留曹植守邺城就说明这一点。”
司马懿这才转过脸来，望着曹丕，道，“所以你必须努力，要在魏公面前展显你的才能，务实不浮华、谨慎而不轻率。”“是，老师。”司马懿又道，“如果日后魏公问计，你可献此计策。”“多谢老师。”曹丕谢道。
次日，曹操又引军前去攻打，仍旧没有攻下，曹操有些心恢意冷，聚众将商议。此次曹操率十万大军前来攻打汉中，历经三个月才到达阳平关，粮草已快用完，从武功运粮到达阳平关这一路多是山路，道路崎岖难行，运粮也是个困难，如不快速攻下阳平关，粮尽则军会大乱。
曹操望了下众将，道，“阳平关易守难攻，眼下又粮草短缺，我想我们不如暂且撤兵回武功，诸位意下如何？”
刘晔道，“眼下粮草短缺，我们就是撤兵，在路上粮尽恐怕我们也回不到武功，不如拼死一战，也许还有希望。”
曹操道，“诸位可有奇谋？”
曹丕起身道，“父亲，我有一计，可破敌军。”“讲。”“父亲，敌军凭险据要，白天实难攻打，我们不如夜袭。”
曹操喜道，“正合吾意。我们今晚就发动夜袭，一举拿下阳平关。令高则与张郃引一千兵马今夜绕道阳平关后，子时对张卫营寨发动进攻，令夏侯渊、夏侯惇引军五千，今夜潜至阳平关山，但听山上号角，分别去取左边营寨，令徐晃、许褚各引五千兵今夜潜至阳平关下，但见山上大乱，去取右边营寨，尽点火把，造成声势，就近扔进敌营，敌可破矣。”
众将领令，分头行动。
至半夜，高则与张郃从后山偷偷摸上，忽地惊起一群麋鹿直冲张卫后寨，张卫寨中的守军被麋鹿这一冲撞，惊恐不已，高则见机让士兵吹起号角，张郃引军便杀入寨中。杨任慌忙来战，被张郃一枪刺死，山寨顿时大乱。
这边夏侯渊、夏侯惇、徐晃、许褚见山上大乱便令兵士点起火把齐声呐喊冲上山去，至寨墙边，尽把火把扔入寨内，守军哪里敢挡，弃寨而逃，守将杨昂匆忙来战，被夏侯渊斩杀，至天明，阳平关各寨都被攻陷，张卫投降，士兵捉了庞德来见曹操，曹操亲自为其松绑，庞德跪地请降。曹操犒赏三军，封张卫为昭义将军、庞德为立义将军、关门亭侯。
攻下阳平关后，曹操留张郃镇守阳平关，然后率大军向南郑进发。消息传到南郑，张鲁想举城投降，阎圃谏道，“将军在大势已去的情况下投降曹操，曹操必然不会重视，将军不如暂投巴中朴胡、杜濩抵抗一阵，然后再归顺，功劳肯定会多。”张鲁听其言。又有人建议将府库里的金银财宝全部烧毁，张鲁道，“我本来是想归须曹公的，可曹公不知道已经打过来了，这些财物本来是属于国家的，把它封存起来还是留给国家吧。”于是张鲁命令将府库封存，然后才率众前往巴中投靠杜濩、朴胡。
曹操到达南郑后见府库封存，金银无失，听闻张鲁之言，十分敬佩张鲁，于是便令人前去巴中召降张鲁，张鲁遂降，被曹操封为镇南将军、阗中侯，食邑万户。
曹操攻取汉中，将兵马屯于南郑进行休整，司马懿谏道，“现魏公已攻占汉中威震巴西，魏公何不趁机去夺取西川？”
曹操淡笑了一下，望着司马懿，目光里充满了一种威严而阴森的气色，让司马懿感到背部发凉，只听曹操道，“你没听说得陇望蜀这个典故吗？既得陇还望蜀，这是贪心不足也，贪心不足必为害，司马懿，希望你以后也不要做这样的人，明白吗？”
司马懿心中一惊，本想献上一个谋略曹操会赞赏自己，却不料曹操竟怀疑自己、提防着自己，这不是自作聪明暴露自己吗？司马懿连连称是，诺诺告退，出到门外，自扇了一个嘴巴。
其实曹操并不是不想攻取西川，而是因为曹操料定孙权借此时机会进攻合肥，假如真这样，如果曹操再引军攻打西川，势必会困在此地。刘备不同于张鲁，曹操还是很忌惮的，曹操现在最关心的是合肥，不知合肥情况如何。