9月，曹操大军全部渡过渭水。数次击败马超等人的挑战。关中诸将再次遣使请和。这次的条件除了割地，还加上了送子弟为质。曹操本欲不许，贾诩却在一旁开口了“可伪许之。离间马、韩”曹操当即点头称善。
第二天，韩遂便请求与曹操相见，商谈议和之事。两人在两军阵前、众军眼皮底下相见，但曹操对议和之事一字不提，只顾与韩遂谈论两人当年在一起时的京都旧事，且拊手欢笑。不但如此，曹操还主动上前，对韩遂带来的士兵道“你们都想见一见曹公吧？我也只是个普通人，没有四只眼睛、两张嘴，只不过比凡人多了点智慧罢了”
然后，曹操、韩遂各自归营。马超立即来问韩遂“议和之事，曹操是怎么说的”韩遂却答道“他什么都没说，只是说了些陈年往事”这话说得马超顿起疑心。几天后，曹操又给韩遂写来一封信，但信中到处点窜涂抹。此信被马超看后，认定是韩遂有什么秘密不想让自己知道而有心涂改的，自然心中更增疑惑。
曹操见离间计已成功，便下令于15日与关中联军决战。决战一开始，曹操先以轻骑挑之，然后命虎豹骑突击。因马超与韩遂二人互相猜疑，不能配合，此战关中联军大败：成宜、李堪被杀；韩遂、马超逃回凉州；杨秋逃往安定郡。
关中得以平定，对诸将的疑问，曹操也一一解答。
10月，曹操北征杨秋，将安定城团团包围。杨秋投降，曹操下令恢复其爵位，留下安抚当地百姓。12月，曹操撤军，命夏侯渊留屯长安。任命张既为京兆尹。韩遂、马超之叛，三辅及弘农郡诸多县邑多应之，唯有河东百姓独无异心。曹操此次西征，军粮也全靠河东郡供给。战争结束，尚余20余万斛粮食，曹操下令：给河东太守杜畿增加秩俸为中二千石。
曹操的这次征关中完全是出于计划之外的。因他本来是要钟繇去征讨张鲁的。而与韩、马一样，被曹操此举刺激到的还有益州的刘璋。于是，张松就开始忽悠刘璋，建议请刘备入蜀，先发制人去灭了张鲁。这样即使曹操再来，我们也不用怕了。
刘璋被忽悠住了，立即命法正率四千人去迎接刘备前来。主簿黄权力谏，刘璋却不听，将黄权调任广汉郡广汉县长。从事王累倒悬于州门劝谏，刘璋也是不听。
法正到了荆州，力劝刘备乘机夺取益州。刘备仍犹疑未决。庞统道“荆州荒残，人物殚尽。且东有孙权、北有曹操，如何发展？益州户口百万，土地肥沃。这正是成大业的资本”刘备又道“如今与我争天下的人是曹操。所以我每件事都与曹操反着来，大事必成。操以急，吾以宽。操以暴，吾以仁。操以谲，吾以忠。现在若贪图小利而失信义于天下，那和曹操又有何区别”庞统道“当今乱世，不可拘守一道。我若不取，终为他人之利。难道这就是对刘璋好吗？将军若大事可成，再封刘璋一大国，亦不失信义”
刘备最终还是没能抵御住诱惑，听了庞统的话。留下诸葛亮、关羽、张飞、赵云守荆州。自己带同庞统及数万步卒入蜀。
孙权得知刘备入蜀，便有重取荆州之心。先派人将其妹接回，孙夫人本欲将自己名义上的儿子、5岁的刘禅一起带回江东。被张飞、赵云二人截江夺回。
刘璋得知刘备入蜀，下令沿途各郡县盛情供奉，使刘备入境如归，前后赠遗以巨亿计。刘备来到巴郡，巴郡太守严颜拊心而叹“这真是‘独坐穷山，放虎自卫’啊”刘备在巴郡郡治江州由垫江一路向北逆流而上，到达广汉郡涪县。刘璋亲率3万余步骑前来相会。张松让法正向刘备建议，就趁此拿下刘璋。被刘备拒绝“大事不可仓猝”庞统也劝刘备“这样搞一次鸿门宴，主公便可一举而得益州”刘备道“初入他国，恩信未立。怎么就能做这种事”
于是刘璋与刘备、双方各自的部下都相见甚欢，100多天都在欢饮中度过。刘璋推荐刘备为大司马、司隶校尉。刘备亦推荐刘璋为镇西大将军、益州牧。刘璋拨给刘备大量士兵、车甲、器械、资货，又把白水军的指挥权也交给刘备，只有一个要求：请刘备出击张鲁。刘备也爽快的答应了，带上自己及刘璋送来的兵马共三万余人北上。刘璋返回cd，不过刘备只到了葭萌县就停了下来，不继续北上讨鲁，反而是厚树恩德，以收人心。
212年1月，曹操返回鄴城。汉献帝刘协下诏赐曹操赞拜不名、入朝不趋、剑履上殿三项特权。比汉初开国丞相萧何还多出“赞拜不名”一项。
曹操西征关中时，河间国土豪田银、苏伯二人造反。煽动幽、冀二州。留守邺城的曹丕本想亲自前往征讨，后听了常林的劝谏，改派将军贾信前往。叛乱平定后，千余人投降。众人皆以曹操旧法‘围而后降者不赦’主张杀掉这些降人。但程昱坚决反对“那是乱世用重典的权宜之计。现在天下略定，不可再行此法。就算要行，也最好先报知曹公。将军在外专命而行，是因事有临时之急。如今这些人全都被贾信控制住了，还是应由曹公来处置”曹丕接受了程昱的意见，将此事报知曹操。曹操很快下令将这些人全都放了，并高度赞扬了程昱“不但明于军计，还善于处理我父子之间的联络”
此战，国渊上报斩首级数，并不虚报，皆如实数“征讨外寇，虚报战功，是要耸百姓听闻。现在是平定内乱，本就是我们治国不力才造成的。