却说夏侯渊一军抄过山后，见重雾垂空，又闻人语马嘶，恐有伏兵，急催人马行动，大雾中误走到杨昂寨前。守寨军士，听得马蹄响，只道是杨昂兵回，开门纳之。曹军一拥而入，见是空寨，便就寨中放起火来。五寨军士，尽皆弃寨而走。比及雾散，杨任领兵来救，与夏侯渊战不数合，背后张郃兵到。杨任杀条大路，奔回南郑。杨昂待要回时，已被夏侯渊、张郃两个占了寨栅。背后曹操大队军马赶来。两下夹攻，四边无路。杨昂欲突阵而出，正撞着张郃。两个交手，被张郃杀死。败兵回投阳平关，来见张卫。原来卫知二将败走，诸营已失，半夜弃关，奔回去了。曹操遂得阳平关并诸寨。张卫、杨任回见张鲁。卫言二将失了隘口，因此守关不住。张鲁大怒，欲斩杨任。杨任说：“我曾谏杨昂，休追操兵。他不肯听信，故有此败。任再乞一军前去挑战，必斩曹操。如不胜，甘当军令。”张鲁取了军令状。杨任上马，引二万军离南郑下寨。

曹操提军将进，先令夏侯渊领五千军，往南郑路上哨探，正迎着杨任军马，两军摆开。任遣部将昌奇出马，与渊交锋；战不三合，被渊一刀斩于马下。杨任自挺枪出马，与夏侯渊战三十余合，不分胜负。夏侯渊佯败而走，任从后追来；被夏侯渊用拖刀计，斩于马下。军士大败而回。曹操知夏侯渊斩了杨任，即时进兵，直抵南郑下寨。张鲁慌聚文武商议。阎圃曰：“某保一人，可敌曹操手下诸将。”张鲁问是谁。阎圃说：“南安庞德，前随马超投主公；后马超往西川，庞德卧病不曾行。现今蒙主公恩养，何不令此人去？”张鲁大喜，即召庞德至，厚加赏劳；点一万军马，令庞德出。离城十余里，与曹兵相对，庞德出马搦战。曹操在渭桥时，深知庞德之勇，乃嘱诸将说：“庞德乃西凉勇将，原属马超；今虽依张鲁，未称其心。吾欲得此人。汝等须皆与缓斗，使其力乏，然后擒之。”张郃先出，战了数合便退。夏侯渊也战数合退了。徐晃又战三五合也退了。临后许褚战五十余合亦退。庞德力战四将，并无惧怯。各将皆于操前夸庞德好武艺。曹操心中大喜，与众将商议：“如何得此人投降？”贾诩说：“我知张鲁手下，有一谋士杨松。其人极贪贿赂。今可暗以金帛送之，使谮庞德于张鲁，便可图矣。”曹操说：“何由得人入南郑？”贾诩说：“来日交锋，诈败佯输，弃寨而走，使庞德据我寨。我却于夤夜引兵劫寨，庞德必退入城。却选一能言军士，扮作彼军，杂在阵中，便得入城。”操听其计，选一精细军校，重加赏赐，付与金掩心甲一副，今披在贴肉，外穿汉中军士号衣，先于半路上等候。次日，先拨夏侯渊；张郃两枝军，远去埋伏；却教徐晃挑战，不数合败走。庞德招军掩杀，曹兵尽退。庞德却夺了曹操寨栅。见寨中粮草极多，大喜，即时申报张鲁；一面在寨中设宴庆贺。当夜二更之后，忽然三路火起：正中是徐晃、许褚，左张郃，右夏侯渊。三路军马，齐来劫寨。庞德不及提备，只得上马冲杀出来，望城而走。背后三路兵追来。庞德急唤开城门，领兵一拥而入。此时细作已杂到城中，径投杨松府下谒见，具说：“魏公曹丞相久闻盛德，特使某送金甲为信。更有密书呈上。”杨松大喜，看了密书中言语，谓细作说：“上覆魏公，但请放心。某自有良策奉报。”打发来人先回，便连夜入见张鲁，说庞德受了曹操贿赂，卖此一阵。张鲁大怒，唤庞德责骂，欲斩之。阎圃苦谏。张鲁说：“你来日出战，不胜必斩！”庞德抱恨而退。次日，曹兵攻城，庞德引兵冲出。曹操令许褚交战。许褚诈败，庞德赶来。曹操自乘马于山坡上唤道：“庞令明何不早降？”庞德寻思：“拿住曹操，抵一千员上将！”遂飞马上坡。一声喊起，天崩地塌，连人和马，跌入陷坑内去；四壁钩索一齐上前，活捉了庞德，押上坡来。曹操下马，叱退军士，亲释其缚，问庞德肯降否。庞德寻思张鲁不仁，情愿拜降。曹操亲扶上马，共回大寨，故意教城上望见。人报张鲁，庞德与曹操并马而行。张鲁益信杨松之言为实。

次日，曹操三面竖立云梯，飞炮攻打。张鲁见其势已极，与弟张卫商议。张卫说：“放火尽烧仓廪府库，出奔南山，去守巴中可也。”杨松说：“不如开门投降。”张鲁犹豫不定。张卫说：“只是烧了便行。”张鲁说：“我向本欲归命国家，而意未得达；今不得已而出奔，仓廪府库，国家之有，不可废也。”遂尽封锁。是夜二更，张鲁引全家老小，开南门杀出。曹操教休追赶；提兵入南郑，见张鲁封闭库藏，心甚怜之。遂差人往巴中，劝使投降。张鲁欲降，张卫不肯。杨松以密书报曹操，便教进兵，杨松为内应。曹操得书，亲自引兵往巴中。张鲁使弟张卫领兵出敌，与许褚交锋；被许褚斩于马下。败军回报张鲁，张鲁欲坚守。杨松说：“今若不出，坐而待毙矣。某守城，主公当亲与决一死战。”张鲁从之。阎圃谏鲁休出。张鲁不听，遂引军出迎。未及交锋，后军已走。张鲁急退，背后曹兵赶来。张鲁到城下，杨松闭门不开。张鲁无路可走，曹操从后追至，大叫：“何不早降！”张鲁乃下马投拜。曹操大喜；念其封仓库之心，优礼相待，封鲁为镇南将军。阎圃等皆封列侯。于是汉中皆平。曹操传令各郡分设太守，置都尉，大赏士卒。惟有杨松卖主求荣，即命斩之于市曹示众。

就这样汉中军阀、天师道（五斗米道）教祖张陵的孙子张鲁投降了曹操，曹魏势力的版图又扩大了曹操将张鲁和家属带回北方，令居邺城。因本有降意，拜镇南将军，封阆中侯（一作“襄平侯”），邑万户。其五子皆封侯，且与曹操联姻。后世道教徒称张鲁为“张镇南”。张鲁投降曹操后，大量徒众北迁，《三国志·张既传》载，张鲁降后，“太祖拔汉中民数万户以实长安及三辅。”张鲁及大批汉中教民北迁到三辅（长安、洛阳、邺城）之后，他们利用曹魏政权宽待张鲁家族之机，或明或暗地向社会下层和上层传播五斗米道。经历曹魏和西晋，至东晋时，五斗米道取得了很大的发展，使五斗米道的势力发展至北方和中原地区。

张陵以《道德经》为该教的主要经典，为便于向其徒宣讲《道德经》，乃为之作注，名《老子想尔注》。提出“道”“散形为气，聚形为太上老君，常治昆仑”；认为“道精”“分之与万物，万物精共一本”；主张君臣民皆须“顺道意，知道真”，“行诫守道”。又认为，“生”是“道之别体”，道人“但归志于道，唯愿长生”。“道设生以赏善，设死以威恶”。只有“奉道诫”，将“积善成功”和“积精成神”二者结合起来，才能不死成仙。主张“治国之君务修道德，忠臣辅佐在行道”，指出如此一来，“道普德溢，太平至矣。吏民怀慕，则易治矣。悉如信道，皆仙寿矣”。还抨击儒家五经“半入邪”，“大伪不可用”；反对淫祀，认为“天之正法，不在祭餟祷祠”；对宣扬“圣人天所挺生，必有表”，“仙自有骨，非行所臻”的《河》《雒》纬书也予以否定，提出道徒“忠孝至诚感天”、通过修行自臻“仙寿”的观点。因此他尤其重视道徒的自身修养，倡导诚信，有病则忏悔己过。相传他又创涂炭斋等斋醮仪式。

曹操降服张鲁后十二月便留夏侯渊、张郃两人守汉中。刘备听闻曹操入汉中立即与孙权议和，平分荆州答应以湖水为界中分荆州，长沙（今湖南长沙南）、江夏（今湖北黄冈西北）、桂阳（今湖南零陵县北）以东归孙权；南郡（今湖北江陵）、零陵（今湖南零陵县北）、武陵（今湖南常德西）以西归于刘备并重结盟约，这就是历史上的“湘水划界”另一方面派遣黄权去巴西迎接张鲁，但张鲁已经投降曹操，只好作罢。曹操已得东川，主簿司马懿进言：“刘备以诈力取刘璋，蜀人尚未归心。今主公已得汉中，益州震动。可速进兵攻之，势必瓦解。智者贵于乘时，时不可失也。”曹操叹道：人苦不知足，既得陇，复望蜀耶？”刘晔说：“司马仲达之言是也。若少迟缓，诸葛亮明于治国而为相，关、张等勇冠三军而为将，蜀民既定，据守关隘，不可犯矣。”曹操说：“士卒远涉劳苦，且宜存恤。”遂按兵不动。

此战在九月时，巴中真人部落酋帅朴胡、杜蒦、任约率部归顺曹操的几部，曹操分巴郡（今四川合川）为三，以朴胡为巴东太守、杜蒦为巴西太守、任约为巴郡太守。曹操自己率军从南郑还师邺城。