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马超兵败渭南逃到边塞胡人那里，曹操追剿到安定，苏伯又在河间反叛，曹操要率军东还。这这时，凉州参军杨阜，字义山，径来长安见曹操。对曹操说：“马超有韩信、黥布的勇猛，极得羌、胡等民族的拥戴，西部边境的人都敬畏他。如果您的大军回师后，不作周密准备，陇上诸郡恐怕就不再为国家所有了。”曹操深表赞同，决定撤军，留夏侯渊屯兵长安，夏侯渊保举冯翊高陵人，姓张，名既，字德容，为京兆尹，与夏侯渊同守长安。曹操班师回都。献帝排銮驾出郭迎接。诏曹操“赞拜不名，入朝不趋，剑履上殿”：如汉相萧何故事。自此威震中外。公元211年（建安十六年），刘璋听说曹操将派兵到汉中征讨张鲁，心中恐惧，张松又劝说刘璋：“现在州中将领庞羲、李异等人都居功自傲，且心怀异志，如不能得到刘豫州的帮助，益州将外有强敌攻击，内遭乱民骚扰，必定走向败亡。”刘璋又听从了张松之言，立刻派法正率部队迎接刘备。刘璋的主簿巴西人黄权劝阻说：“刘备有骁勇的名声，现在要是以部下的身份对待他，就没法满足他的心愿；要是以宾客的身份对待他，一国不容二主，造不是使自己安全的办法。”从事广汉人王累将自己倒吊在益州城门上劝阻刘璋，刘璋全都不予采纳。刘璋为刘焉幼子，母费氏，是后来娶了刘璋女儿的费观的族姑。

公元188年（中平五年），刘焉向汉灵帝建言设立州牧总管各地军政大权，自己出任益州牧，而刘璋与兄长刘范、刘诞都留在京城，只有刘瑁随刘焉入蜀。刘璋后来出任奉车都尉，受朝廷派遣诏谕刘焉，刘焉就把他留下不再返回朝中。公元194年（兴平元年），刘范在长安与马腾密谋进攻权臣李傕，泄露之后与刘诞一起被杀，而刘璋则得以幸免。刘焉的世交议郎庞羲保护刘焉的几个孙子，送入益州。刘焉因为逝子之痛，又逢绵竹城中大火，不得已迁治成都，背疽发作逝世。刘焉死后，益州官吏赵韪等希望利用刘璋温仁，于是上书推举他继掌益州刺史，得朝廷诏为益州牧，同时任命赵韪为征束中郎将。将领沈弥、娄发、甘宁起事反对刘璋，被赵韪打败后奔荆州。

在此以前荆州牧刘表上书告发刘焉僭越身份，在乘车器物衣服方面和天子比拟，因此赵韪驻兵朐腮以防备刘表。当初南阳、三辅的几万家百姓流亡到益州，刘焉将他们全部收为部众，称为“束州兵”。刘璋性情柔弱宽容，缺乏威信谋略。束州入侵凌横暴，成为百姓的灾难，刘璋没有能力制止，旧有的士人相当埋怨并且叛离。赵韪在巴中，很得百姓士兵的欢心，刘璋将大权交给他。赵韪见到民心不和，就暗中勾结州中的世家望族。

公元200年（建安五年），赵韪反动叛乱，蜀地多处响应，幸得刘焉之前收容荆州、三辅流民建立的“东州兵”拼力死战，才平息了叛乱，杀赵韪于江州。

刘璋为人懦弱，原本依附于刘焉的汉中张鲁骄纵，不听刘璋号令，于是刘璋杀张鲁母弟，双方成为仇敌，刘璋派庞羲攻击张鲁，但多次被张鲁所破。

公元208年（建安十三年），曹操亲自率兵征讨荆州，刘璋于是派出使者致以敬意。曹操加封刘璋为振威将军，封其兄刘瑁为平寇将军。刘璋因此派别驾从事张松到曹操那裹，但曹操没有按礼节接待。张松心怀怀恨，回来后劝说刘璋同曹操断绝关系，他对刘璋说：“刘豫州与您为宗室兄弟，可以与他结交联盟。”刘璋皆以为是，故派法正前往与刘备结好联盟，随即又指示法正和孟达送去数千兵卒帮刘备抵御曹军，法正完成使命归还。但是心无大志，渐渐让其他人离心，其中就有法正。法正字孝直，扶风郡（今陕西省眉县小法仪镇）人。建安初年，由于天下饥荒，法正与好友同郡的孟达一起入蜀依附刘璋，但刘璋不是个善于用人的人，很久之后法正才当上新都县令，之后又被任命为军议校尉。法正怀才不遇，又被州邑中的人诽谤，十分苦恼，益州别驾张松与法正是好友，也觉得刘璋不是个能成大事的人，常常感概自己的遭遇。公元208年（建安十三年），张松出使曹操，归来后劝说刘璋与曹操断绝来往与刘备交好。不久后曹操在赤壁战败，刘备势力得以壮大。刘璋于是问应该让何人出使刘备，张松于是举荐法正。法正一开始辞让，后来不得已只好前往。刘备见到法正后，“以恩意接纳，尽其殷勤之欢”。法正觉得刘备有雄才大略，是可以辅佐的明主，回到益州后，遂与张松密谋协规，决定暗中戴奉刘备为主。刘璋听说夏侯渊讨伐张鲁，便决定让法正迎接刘备入川与孟达各率两千人出使刘备。

刘璋的邻居张鲁张鲁是张陵之孙，五斗米道系师。在张陵死后，张鲁父张衡继行其道。张衡死，张鲁继为首领。其母好养生，“有少容”，“兼挟鬼道”，往来于益州牧刘焉家。张鲁通过其母与刘焉家的关系，得到信任。公元194年（兴平元年），刘焉死，其子刘璋代立。刘璋以张鲁不顺从他的调遣为由，尽杀张鲁母及其家室。又遣其将庞羲等人攻张鲁，多次为张鲁所破。张鲁的部曲多在巴地，刘璋于是以庞羲为巴郡太守。张鲁袭取巴郡。于是割据于汉中，以五斗米道教化人民，建立了短暂的政教合一的反动政权。据史料记载，张鲁在汉中，因袭张修教法，并“增饰之”。自称“师君”。来学道者，初称“鬼卒”，受本道已信，则号称“祭酒”，各领部众；领众多者为“治头大祭酒”。不置长吏，以祭酒管理地方政务。继承其祖的教法，教民诚信不欺诈，令病人自首其过；对犯法者宽宥三次，如果再犯，然后才加惩处；若为小过，则当修道路百步以赎罪。又依照《月令》，春夏两季万物生长之时禁止屠杀，又禁酗酒。他还创立义舍，置义米肉于内，免费供行路人量腹取食，并宣称，取得过多，将得罪鬼神而患病。东汉末年，群雄蜂起，社会动乱，不少人逃往相对安定的汉中地区，如关西民从子午谷逃奔汉中的就有数万家。张鲁还得到巴夷少数民族首领杜濩、朴胡、袁约等人的支持。他采取宽惠的政策统治汉中，“民夷便乐之”。“流移寄在其地者，不敢不奉”。五斗米道凭借政权的力量扩大了影响。五斗米道信徒入道，只需交五斗米。张鲁在汉中二十多年，信徒众多，成为汉末一支颇有实力的割据势力。当时曹操把持的东汉政权无暇顾及汉中，遂拜张鲁为镇民中郎将（一作“镇夷中郎将”），领汉宁太守。张鲁统治巴、汉近三十年。