黄忠乘胜前进，直逼定军山下，而夏侯渊则听从张郃的建议，据山凭险坚守不出。黄忠和法正仔细观察了这一带的地形，商议下一步的作战计划，法正手指西南方向的一座山峰说：“那里有一座高平峰，四下都是险路，从那座山上就可以看到定军山的虚实，将军如果占领那座山峰，夏侯渊就在掌握之中。”黄忠举目观看那座山势，只见山头稍平，山上有些人马旌旗，和驻在定军山的曹军声势相应。他当即决定夜攻高平峰，抢占制高点。当夜二更时分，黄忠命令军士呜锣击鼓，亲自杀上山顶。这座山峰上有夏侯渊部将杜袭把守，只有数百人马。
杜袭字子绪，颖川郡定陵县人，曾祖父杜安，祖父杜根都是汉朝有名的人物。杜袭避乱于荆州，刘表以贵宾之礼接待他，但他却心怀异志。同郡的繁钦屡次受到刘表的赏识，杜袭告诉他说：“我之所以和足下同来此地，只是打算暂时隐居，等待时机一到，再出而一展抱负，怎么能说刘表是拨乱反正的圣主，而规劝长者委身服事呢，足下如果不停止自己表现才能的话，就不是我的朋友，我要和你绝交了。”繁钦慨然敬受他的指示，杜袭于是南到长沙。建安初年，曹操迎接天子建都许昌，杜袭逃回故乡，曹操任命他为西鄂县长。县界的南边，冠贼横行，当时地方长官都聚集百姓保卫城郭，一直无法从事农耕，田地荒废百姓穷困，仓库空虚。杜袭自己知道恩德结于民心，于是分派老弱居民，各自分散从事农业生产，留下成年强壮的人，担任守备工作，吏民上下都很高兴。适遇荆州派出步兵和骑兵及一万人来攻县城，杜袭就全部召集县内担任守拒的吏民，和他们立誓守城。杜袭临危不惧，亲自拿着弓矢和石头，率领众人合力御敌，坚守城池。部下伤亡甚重，于是带领伤残的吏民突围而出，最终死亡殆尽。他招集流散百姓，迁徙到摩陂菅。司隶校尉钟繇上表请任命他为议郎参军事，荀彧也举荐杜袭，曹操任命他担任丞相军祭酒。曹操称魏王以后，杜袭担任侍中，深受敬重。其后兼领丞相长史，跟随曹操到汉中讨伐张鲁。曹操大军将还，拜杜袭为附马都尉，留下来督理汉中的军事，安抚开导百姓迁到洛阳、邺城。刘备率军进攻汉中，杜袭也来参战，派到定军山，驻防高平峰。
当夜，杜袭听到鼓声，透过夜色看见汉军几队人马拥上山来，急忙带兵抵抗，部下纷纷逃跑，他只得弃山而走，借助夜色的保护，从林间小路溜向曹军大营。
黄忠占领高平峰，黎明时分，他耸立山顶观看形势。这里正好和定军山直线相对，瞰制曹军大营，一切活动和虚实情况尽在眼下，掌控了作战主动权，随时就能使曹军遭到打击。法正又向黄忠献计说：“将军可守住半山，法某居在山顶，待夏侯渊兵到，我举白旗为号，将军按兵勿动，待他倦怠懈备，我举起红旗，将军便下山进击，以逸待劳必当取胜。”黄忠欣然采纳法正的建议。
杜袭败退以后，来见夏侯渊说：“杜某失去了高平峰，形势对我军不利，杜某有罪，请将军依法处罚。”夏侯渊说：“现在我军正值危难关头，不能因为失去一座山峰就处罚将领，希望你日后将功补过。”杜袭感动地说：“杜某感恩不尽，请令带兵收复高平峰。”夏侯渊说：“黄忠占领对面山峰，对我军是一种严重的威胁，我们必须争夺过来，今日我协助你夺取山峰。”张郃看见夏侯渊准备出战，又来劝说：“将军千万不可出战，黄忠步步进逼，就是激发将军离开险要地势，趁机进兵，我们应该扬长避短，发挥地理优势，坚守拒战，不能外出。”夏侯渊说：“黄忠占领对面山峰，观察我们的虚实，已经丧失了地理优势，如果不夺回来，形势对我不利，收复以后，再凭险坚守。”夏侯渊令张郃守卫大营，自带主力分路围住高平峰，向黄忠挑战。法正站在山上，举起白旗，黄忠按兵不动。午时以后，法正看见曹兵开始倦怠，锐气明显低落，很多人下马坐地休息，他认为出战时机已到，于是将红旗招展。黄忠即令后队鼓角齐鸣，前队下山杀敌，一时喊声大震。黄忠一马当先冲下山来，军土挥刀挺抢紧跟而下，势如天崩地塌。黄忠趁势冲向中军主将的麾盖，杀得护卫将校七零八落。夏侯渊看见将士披靡倒落，急忙亲自迎战。黄忠冲到他面前，大喝一声，刀光一闪将他砍下马来，斩下首级。
曹魏益州刺史赵颙急来抢救，一看主帅已经阵亡，知道祸如塌天，罪责难逃，当即迎战黄忠，想力挽狂澜，扭转败局，以便向曹操报功补过。黄忠手起刀落，击斩赵颙。黄忠和陈式乘胜追击奔逃的曹军，进至曹军大营。这时刘备挥师围攻张郃。曹军大营一片混乱，张郃听说主帅夏侯渊临阵被杀，致使全军崩溃，他顿时大惊失色，稳定一下心神，领兵凭险坚守。黄忠、陈式、赵云三路攻打，横扫如同卷席，杀得曹军全线分崩，东逃西散。张郃一看大营实在守不住了，急忙带领残兵败将避开汉军的主力，退回阳平关一带，到汉水立营，派人飞报曹操。刘备全部缴获了曹军大营中战马军器，粮草物资。
定军山一战，黄忠只手扭转汉中战局，奠定了刘备夺取汉中的坚实基础，成为汉中争夺战的转折点。这个辉煌的胜利使刘备信心大增，他对手下将领说：“现在就是曹操来到也无能为力，汉中一定是我们的。”
黄忠这个出色的战例，十分符合兵书所云：狭路相逢勇者胜。打仗本身就是靠勇力拼杀搏斗，尤其是短兵相接的时候，哪些妙计奇谋先进武器统统用不上，战场上依靠高强的武功和顽强拼搏的勇气，去获得更大的胜算。黄忠就凭借冠绝三军的勇气，阵斩曹魏名将夏侯渊，以及曹魏益州刺史赵颙，正是这一仗中的出色表现和卓越功勋，投效刘备已经十年的黄忠才能在汉军中超过实力派的赵云，成为一级大将。在汉朝历代的名将之中，黄忠是继西汉开国时期的名将灌婴之后，成为勇将出马的正面教材，在当时名扬天下，在后世广为传颂。
有诗赞曰：横刀临大敌，上阵显神威。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。
定军山战役告捷以后，刘备十分高兴，加黄忠为征西将军，当日设下大宴进行庆贺。
黄忠指挥定军山战役，战略战术值得借鉴。由于曹军凭险据守，汉军正面夺取定军山，确实不易。他们当时施展反客为主的计策，虽然取得了一些胜利，但并没有最后拔掉定军山这个据点。黄忠根据法正的建议，乘夜夺取西面高平峰，占领制高点，以此瞰制魏军，掌握了作战主动权。但法正没有单单依据地利，而重在人谋，他根据当时的地情，又想出了一条以逸待劳击其惰归的计策。《孙子兵法》军争篇中说：是故朝气锐，昼气惰，暮气归。故善用兵者，避其锐气，击其惰归。在这场战役中，黄忠智斩夏侯渊正是成功运用以逸待劳、击其惰归计谋的结果。两军相交，士气锐者胜。刚刚出战的部队，将士精神饱满，斗志旺盛，求战心切，此时投入战斗，将士奋勇杀敌，常可以一当十。而随着时间的推移，将士的体力消耗增大，精神逐渐疲惫，没有获得可以鼓舞人心的战果，必然导致士气低落，这时再战就是强悍好斗的勇士也会失去战斗之心，部队的战斗力必然锐减。因此战争史上那些善于用兵的将军，都特别强调蓄盈待竭，即面对强敌进攻，坚持尽敌阳节，盈己阴节的策略，在防御和相持中，注意保持和壮大自己的力量，避免在不利情况下与敌决战。黄忠在作战中将兵马屯于半山，即可造成势险节短之势，又能以逸待劳，持重待机。夏侯渊在山脚下叫阵挑战，部队的锐气却在慢慢的消减。这个战法，同春秋齐鲁长勺之战中曹刿的三鼓而出，彼竭己盈而获胜的战法颇为相似。兵家认为以逸待劳，击其惰归目的不只在于养精蓄锐，疲惫敌人，而在审时度势后发制人。在这里一个非常重要的问题就是要善于捕捉战机。定军山一战，如果单从形式上看，黄忠一刀将夏侯渊斩于马下，十分顺利，瞬间立下大功。其实就武艺而论，夏侯渊是曹操的一员勇将，多次随曹操南征北战，屡见大功，武艺高在魏军诸将之上，今日遇见黄忠，只一照面就成了刀下之鬼，这里的原因还在于法正对黄忠出战时机把握得非常到位。他居高临下，发现曹军倦怠，锐气已堕，便及时将红旗招展，迅速抓住了这个有利战机。可见，击其惰归关键在于准确地掌握敌军士气由盈到竭转化的关节点，适时出击。如果一味的等待，或者轻率地出击，都不能收到良好的效果。
黄忠在万军之中击斩夏侯渊，一举声威大振，名气赶上了响震天下的张飞和马超。他们也在汉中各攻一方，听说黄忠在千军万马中斩杀曹军主将，都很震惊，对黄忠十分钦佩。回顾两员大将的军事生涯，也没有如此辉煌的记录。
张飞，字益德，是涿郡涿县人。年少时期，他和关羽一同辅佐刘备。关羽年龄比他大几岁，张飞对待他像兄长一般。刘备联合曹操击败吕布，一起回到许都之后，曹操任命张飞为中郎将。此后跟随刘备离开曹操投奔袁绍，参加官渡大战。后又随从依附刘表。建安十三年，曹操率军进入荆州，刘备只好奔往江南。曹操亲领精骑五千一日一夜急行三百多里，终于赶到当阳长阪。刘备听说曹军来到，匆忙退走，让张飞带着二十位骑兵断后，张飞骑马立在桥头，瞋目横矛，大声吼道：“我就是张益德，谁有胆量，就过来跟我一决生死？”曹军没有人敢接近他，终于解除了一场危难。同年冬季十月，张飞参加赤壁大战，协助周瑜攻下江陵。刘备平定江南以后，表任张飞为宜都太守、征虏将军、封新亭侯。后来转调南郡。刘备进入益州，率军攻打刘璋，张飞和诸葛亮等人率军逆流而上，分别平定郡县。到了江州，击破刘璋大将巴郡太守严颜的部队，同时降服严颜。张飞一路下来，每战必胜，和刘备在成都会师。益州平定后，刘备封赏有功人员，赐给张飞黄金五百斤，银子千斤、钱五千万、锦一千匹，任命为巴西太守。曹操攻破张鲁后，留下夏侯渊、张郃两将镇守汉川，张郃另外督导军队直下巴西，想把当地的居民迁到汉中，然后进军宕渠，蒙头、荡石，跟张飞相持五十多天。张飞率领精兵一万多人，从其它途径邀击张郃，这里山路狭隘，曹军前后不能相互支援，因此张飞把张郃全军击溃。张郃丢下战马，带着十几个部下，沿着山岭从小径逃回南郑。从此，巴郡一带才获得安宁。张飞和黄忠比较起来，他没有上阵斩杀主将的记录，只在当阳桥头吓退曹氏重将曹休，在巴西打败曹将张郃，所以张飞对黄忠的战功，暗中叹服。
马超也没有黄忠那样的辉煌战果。
马超，字孟起，是扶风茂陵人。他的父亲马腾，跟边章、韩遂一道在西州起兵。汉灵帝初平三年，韩遂、马腾率军抵达长安，朝廷封马腾为征西将军，调守郿县。后来马腾袭击长安的李傕，没能成功，便退回凉州。当时司隶校尉钟繇镇守关中，奉曹操的密令，联络招纳马腾。马腾就派儿子马超跟着钟繇到平阳去讨伐郭援、高幹。马超部将庞德亲自斩下郭援的首级。后来，钟繇暗奉曹操的密令，设计消弱马腾的武装，要求他调回京城，担任卫尉，任命马超为偏将军，加封都亭侯，统率马腾的军队。此后，马腾受到曹操的控制，马超就联合韩遂、杨秋、李堪、成宜等人，结盟联兵，一同进军到潼关。曹操采用贾诩的计谋，离间马超和韩遂，使他们两人互相猜疑，因而各遭失败，马超退走。曹操追到安定，恰逢北方有战事，就率军东回。马超率领戎人攻取陇上郡县，这些地方都纷纷响应，进而杀死凉州刺史韦康，占领了冀城，兼并对方的军队。马超也因而自称征西将军、凉州刺史，并总督凉州的军事。韦康的旧友僚属杨阜、姜叙、梁宽、赵衢等共谋攻打马超，杨阜、姜叙在卤成起兵，马超领军进攻卤城，梁宽、赵衢趁机禁闭冀城。马超进退受到牵制，被迫奔向汉中投靠张鲁。但是，他看到张鲁不是成就大事的人，内心郁闷不乐。就在这时，听说刘备在成都围攻刘璋，便派人密送书信，请求接受他的投诚。刘备派人迎接马超，马超领兵直接抵达成都城下。城中将士都感到惶恐惊惧，刘璋马上顿首投降。刘备因此封马超为平西将军。建安二十年总督临沮，并封他为前都亭侯。马超对黄忠力斩敌将也十分欣佩。能够在千军万马的战阵中力斩敌军上将的人唯有关羽和黄忠。曹魏和孙吴两军大将更没有这样的战例。因此刘备对他特别重视。
张郃在汉水立营以后，由于刚刚失去统帅，阳平守军人心惶惶，诸事乱作一团，时而有军士离营出走。此时，营中还有部分将领是夏侯渊的部下，习惯了摧枯拉朽般的胜利，新兵也是久闻夏侯将军的威名，突然听说主帅阵亡，大军溃败，个个感到大祸临头，随时准备逃生。督军杜袭和夏侯渊的司马郭淮召集散兵游勇，向各营将士发出号令说：“张将军是国家闻名的将领，素为刘备所忌惮，现在军情急迫，只有听从张将军的指挥，才能转危为安。”于是临时推举张郃担任军中主帅，作为权宜之计。
郭淮字伯济，太原阳曲县人。在建安年间被举为孝廉，派任平原府丞。当曹丕最初被任命为五官中郎将，他召郭淮前去，授他为门下贼曹，后来转到丞相府，担任兵曹议令史，跟着曹操出征汉中，当曹操由汉中回来，留下征西将军夏侯渊抵挡刘备，又派郭淮为其司马。当夏侯渊和刘备激战过程中，郭淮声称身染重病而不能出战。当夏侯渊死讯传来，他竟然一反病态，慌忙出营集合散兵。
张郃出来统领军队，巡视阵地，将领们都接受张郃的指挥调度，形成一支主流力量，军心才得以安定下来。
第二天，刘备为了扩大战果，决定从定军山分军进逼汉水，准备渡水进攻阳平关的曹军。曹军诸位将领认为敌众我寡，打算凭借汉水列阵抵抗，郭淮说：“这是向敌人示弱的做法，不能挫败敌人，不是良策，不如远离汉水列阵，引诱敌人来攻，等他们渡过汉水一半时，我们再出击就能够打败刘备。”张郃带领曹军排列布阵，摆出等汉军半渡出击的态势。
黄忠率领先锋部队抵达汉水，发现曹军严阵待动的意图，立即停下部队。作为一个统帅，需要在胜利的时候保持冷静的头脑，因为战场局势瞬息万变，以前的成功有可能导致后来的大败，先前的失败有可能换来日后的胜利。黄忠保持着清醒的头脑，权衡利弊，报告刘备，使他最终取消了渡江作战的计划。于是郭淮坚守阵地，表示曹军没有撤退的想法。