黄忠奉命率部开赴成都，这时军师中郎将诸葛亮、将军张飞、赵云、刘封等也分路会师成都郊下，刘备指挥几路大军，完成了对成都的战略包围。
成都很早就是一个蚕桑产地，其蚕丝织锦色泽鲜丽，成为王朝珍贵的贡品，从秦代开始，成都就设有锦官，专管锦织，于是成都又叫锦官城，简称锦城。流经城南的府河，也就称为锦江，城内景色秀丽，街市布局有致，河源纵横流淌，桥梁隐约错落，一派水乡格调。如今，在刘璋的坐镇管理下，虽然政治一片昏暗，成都依然保持着商埠繁荣的规模，王都壮丽的气象。此时刘璋身处雄兵重围之中，深感危机四伏，为此日夜不安，但他对统辖多年的成都千般不舍，万分留恋，听信个别部下的劝告，孤力坚守，遥盼一线希望。正当围城双方最后决战之际，一位叱咤风云的将领不远千里向刘备密书请降，来人就是马超。他出身将门，长在陇西，长得高大威猛，武艺精湛超群，有韩信、英布之勇，为人忠正，办事稳妥。担任偏将军，代父马腾统军屯守关中。建安十六年三月，曹操兴师企图平定关中，马超联合各部将帅起兵反击曹操，进守潼关，打得曹操一败涂地。曹操被迫发出感叹：“马儿不死，吾无葬地也。”最后曹操离间韩遂，用计出奇，击败关中联军。马超败退凉州以后，攻杀凉州刺史韦康，自镇一方。由于遭到曹操军政势力的暗中袭击，败退汉中暂时依附张鲁，但见张鲁量小志短，难以讨伐曹操，决定另寻出路，听说刘备兵围成都，顿觉眼前一片光明，即日密书刘备，表达归附诚意。
刘备接到降书，即派从事李恢前往汉中联络马超，并派一路兵马接应马超，让他带领军队直接来到成都城下。
刘璋听说曾为一方诸侯的马超归降了刘备，并且率军参加围攻成都，顿时黯然失色，丧魂落魄，惶惶不可终日。刘备乘机派简雍进城劝刘璋投降，简雍善长外交活动，言谈灵敏风趣，办事效率极高。曾在涪关会上陪同刘璋会宴百日，两人结下了相当深厚的友谊，还在帮办政务时期长相往来，因此，他一到成都就使刘璋看到勃勃生机，受到盛情招待。虽然城中还有三万军队，粮食物资足够使用一年，部分文官武将劝说继续抵抗，但是刘璋守城的信心已经摇动，决计向刘备投降，他说：“我父子在益州二十多年，对百姓没有什么恩德，军民已经打了三年仗，流离失所，暴尸荒野，都是为了我的缘故，我怎么能安心呢！”
次日刘璋亲赍印绶文籍，和简雍同车出城投降。守卫梓潼的县令王连，守卫广汉的县长黄权，得到刘璋投降的消息，当日开城易帜，向刘备投降。黄忠把他们接到成都，一起拜见刘备。两人对刘备当时绕城避战、成全忠名的恩情表示了谢意。刘备诚挚地说：“你们忠心保主的思想观念，我很赞赏，现在归来正是时候，许都还有一位最高的君主需要我们一起去保护。”两人一起跪拜说：“愿随左公，忠君报国。”
各处军政大事安排已定，刘备进驻成都，百姓香花灯烛夹道欢迎，刘备到公厅，升堂坐下，州内文武官员，皆拜于堂下，推举刘备兼领益州牧。刘备大封立功将领：
军师中郎将诸葛亮为军师将军兼暑左将军府事
荡寇将军、襄阳太守关羽正式受命董督荆州事，代理州牧。
张飞为征虏将军兼任巴西太守，镇守重地，防御张鲁。
首席谋士法正升为扬武将军、蜀郡太守。
马超为平西将军，袭爵都亭侯。
牙门将军赵云升任翊军将军。
裨将军黄忠升任讨虏将军。
魏延为牙门将军。
从事中郎麋竺升任安汉将军。
简雍升任秉忠将军。
孙乾升任昭德将军。
刘备对蜀中归降官员都量才录用，各加封赏。黄权、刘巴这两个当初劝阻刘璋迎接刘备进蜀的官员，以及夺城不降的梓潼令王连，也归属刘备帐下。
黄权出任偏将军。
刘巴担任左将军西曹掾。
王连担任什邡令。
坚守雒城的刘循担任奉车中郎将。
吴懿坦任讨逆将军。
费观、李严、吴兰、雷铜也全部受到任用。刘备帐下人才济济，一派欣欣向荣，于是大饷土卒，开仓赈济百姓，一时间军民大悦，气象万新。
黄忠从长沙归属刘备之后，开始大显身手，汇进历史的主流，跟随刘备进驻益州，是他历史征途上一个重要的转折点。在攻打刘璋的历次战场上，经常身先士卒，收关城、取涪城，射邓贤败冷苞，攻坚陷阵勇寇三军；克绵竹、攻雒城，击刘璝擒张任，勇谋兼备出奇制胜。最后合围成都，迫降刘璋，立下开蜀大功，受到了主公刘备的高度奖赏，和同僚将土的赞扬拥戴。