汉中是益州的天然屏障，环山抱水，土地肥美，物产丰富，历来为兵家必争之地。汉中郡治南郑县，春秋时为蜀地，战国初期属秦，置汉中郡。西汉沿袭不变，管辖南郑、成固、西城、褒中、沔阳、安阳、锡县、上庸、房陵共九城。户五万七千三百四十四，口二十六万七千四百。汉中郡地理位置相当优越，北瞰关中，南蔽巴蜀，东达襄邓，西控秦陇。这里形势险要，是关中与蜀地必争之地。从汉中出兵，可以乘船出巴郡，乘夏水下汉水，威胁荆楚之地。
偏将军黄权就曾对刘备说：“若失汉中，三巴不振。”劝刘备收复汉中。谋士法正劝谏刘备说：“曹操一举收服了张鲁，占领了汉中，没有趁这个有利时机攻打巴蜀两地，却命令夏侯渊、张郃留守汉中，自己急忙北返，这样做并不是他才智不够，而是力量不足，一定是内部即将出现忧患的缘故。现在估计夏侯渊、张郃的才能、谋略不及我们的将领，举兵进攻，一定能够得胜。夺取汉中后，广开农田储备粮草，等待时机，最好的结果是可以彻底击败曹操，恢复汉室的权威；次之可以蚕食雍州及凉州，拓展我们的边境；最次也可以占据险要地势固守，与曹操长期对峙，这大概是上天赐给我们的机会，时机不容丧失。”刘备赞成法正的策略，决定北线用兵，实现收复汉中的战略规划。
建安二十三年公元二一八年，春季正月，刘备亲自率领诸将大举向汉中进军。派关羽镇守荆州，诸葛亮留守成都主持后勤事务。北征大军分兵两路，一路由刘备亲自率领，任命黄忠为先锋大将，随军将领有赵云、魏延、黄权、陈式、高详、谋士法正随行出征。另一路由张飞率领，主要将领有马超、马岱、吴兰、雷铜等。这是刘备出征历史上最强大的阵容。
镇守汉中的是曹魏关中军团主帅、征西将军夏侯渊，还有曹魏五子良将中的两位，一个是张郃，一个是徐晃。张郃此时驻扎在巴、汉之间的广石一带，与镇守阳平关的夏侯渊互为声势。
进攻汉中，阳平关是战略核心。阳平关背依秦岭，南临汉水和巴山，雄踞于西通巴蜀的金牛道口和北达秦岭的陈仓道口，与汉水南北的定军山，天荡山互为犄角之势，是汉中盆地的西门户，同时也是巴蜀通往关中的北端前沿。地理位置十分险峻，战略位置极为重要。为了攻克阳平关，切断曹军汉中与关中的联络，造成关门打击的形势，刘备首先派遣张飞挂帅的西路军迂回阳平关以西，进攻曹军驻扎的重镇武都郡治下辩。下辨之战，拉开了汉中争夺战的序幕。魏王曹操派遣都护将军曹洪抗击相持。张飞率军驻扎固山，伺机切断曹军的退路。吴兰率军屯住下辫，与曹军对垒，牵制下辨曹军主力部队。
汉中南部正面战线，黄忠主攻阳平关，由于曹将夏侯渊拼力抵抗，战况十分激烈，一时进展不利。三月，黄忠终于攻克了阳平关，迫使夏侯渊向北撤退。
西路军驻守下辨的吴兰突遭曹洪、曹休两路袭击，失城退走，不幸遇难，副将雷铜也阵亡沙场。张飞驻守固山，形势不利。马超、马岱两将抗击曹魏的支援部队，处境也很艰难。刘备决定让张飞退军，赶来会合。既然全面进攻打击办不到，不如重点进攻汉中。汉中一旦攻占，武都就能顺利夺取。
夏季四月，刘备屯守阳平关，亲统大军打击各路曹军。曹魏大将夏侯渊、张郃、徐晃等分别据守险要，以逸待劳，全力迎击汉军，正面进攻极其艰难。刘备派遣部下将领陈式等人率领十余营士兵前往切断马鸣阁的通道，意图切断张郃的后路，分割敌军，各个击破。徐晃率领军队赶赴马呜阁栈道附近的深山峡谷之中，直接对陈式展开突击，一举击败了汉军。张郃驻守在广石，刘备亲率一万精锐部队，分为十部，轮番进攻张郃，却没有攻克。看来夺取汉中并不是一件容易的事情，但现在已经杀到一半，如果此时退兵，不但付出的力量全部白费，而且必然动摇军心，倘若曹军趁势进攻益州，就会出现危险，必须坚持到最后，绝对不能退兵，成败在此一举。于是刘备决定从后方抽调兵力，坚决要拿下汉中，他急发文书，命令诸葛亮调集军队。
诸葛亮立即调遣预备部队和刚刚入伍的新兵，支援前线。随着战事的进行，刘备后方军队源源到来，而夏侯渊的军队虽然精锐勇猛，却越打越少，抵抗不住黄忠主力的进攻，被迫收缩防线，发书遣使向曹操告急。秋季七月，曹操从邺城出兵，准备支援汉中。
刘备虽然掌握着战争的主动权，但进攻汉中遭到曹军的顽强抵抗，不断损兵折将，却没有取得多少战果。得到曹操即将前来的消息，刘备不禁忧虑：连夏侯渊都打不败，曹操大军来到，取胜的难度就更大了。刘备听从法正的建议，率精锐部队渡过汉水，沿山路南行，驻扎在定军山上，居高临下威胁阳平关曹军的侧后。这个策略可以扭转整个战局。
黄忠料定占领定军山，必然迫使曹军来援，可以伺机围歼。果然夏侯渊带着张郃率军赶来，两路防御。