十一月，孙权西征关羽，任命吕蒙为前部，率军隐蔽前出，进至寻阳（今湖北广济东北），把精锐士卒埋伏在伪装的商船中，令将士身穿白衣，化装成商人，募百姓摇橹划桨，昼夜兼程，溯江急驶，直向江陵进袭，一切都进行得十分隐蔽和诡秘。驻守江防的蜀军士兵被伪装的吴军所骗，猝不及防，全部被俘虏，江陵城内空虚，陷入混乱。吕蒙先让原骑都尉虞翻写信诱降驻守公安（今湖北公安北）的蜀将傅士仁，又使傅士仁引吴军迫降守江陵的蜀南郡太守麋芳。麋芳献城出迎，吕蒙遂率大军进据江陵，从而，一举夺回蜀长期占据的荆州。刚而自矜的关羽，却对吕蒙的袭击行动一无所觉。
南郡太守麋芳开城出降时，吕蒙在沙丘上庆祝南郡投降，虞翻此时劝吕蒙小心城中会有伏兵，江陵城中只有麋芳跟吴军是一心的；其他人居心叵测，劝吕蒙应尽快入城控制城池，吕蒙幡然醒悟，及时掌控城中要地，让原本想要伏击的人来不及设好埋伏。当时城内果然设有伏兵，因为吕蒙接纳虞翻的劝告，这次伏击才不成功。
吕蒙将关羽部下的家属全部抓获，厚加抚慰，并下令军中，不得骚扰百姓，不得擅入民家有所索取。
当时吕蒙手下有一个军士，与吕蒙一样是从淮河以北的汝南郡南渡而来。他拿了民家一斗笠，来覆盖官府的铠甲。吕蒙认为，铠甲虽是公家器物，但擅取民家斗笠还是犯了军令。挥泪将他斩首。于是军中震栗，以致路不拾遗。
吕蒙还派人早晚慰问年长之人，关心他们的生活，补给不足。若有人生病，就送去医药，有人饥寒，就送去粮食和衣服。关羽府库中的财宝，吕蒙一毫不取，全部封存。
再说曹操听取司马懿的意见，与孙权结盟，同时命徐晃率军救曹仁，并命名将张辽火速援曹仁。
徐晃所部多为新兵，难以与关羽争锋，于是进至阳陵坡驻扎（樊城北），曹操派将军徐商、吕建传令：“要等到兵马集结后，一起出击。”当时关羽前部屯偃城，徐晃佯筑长堑，示以将切断蜀军后路。蜀军害怕被围，烧营撤走，徐晃军进据偃城，两面连营，渐向围城蜀军逼近，徐晃军营距关羽所围仅三丈。
曹操使者返回洛阳，带来孙权密信，说即派兵西上袭击关羽，但请保密，以防关羽得知有备。曹操采纳董昭意见，故意泄漏信中内容。曹操令徐晃用箭将孙权密信内容，分别射入樊城及关羽营中。被围魏军得信后，士气倍增，防守更坚；关羽得信后，则进退两难。
此时，曹操为了解救樊城、襄阳，已率主力由洛阳进抵摩陂（今河南郏县东南），并已先后派殷署、朱盖等十二营兵进至偃城，悉归徐晃指挥。
关羽军主力屯围头，一部屯四冢。徐晃以声东击西战术，扬言欲攻围头，却出其不意突袭四冢。关羽恐四冢有失，自率步骑五千出战，战前，由于关羽和徐晃是同乡而且关系很好，两人隔空对话，但说平生，不及军事，不久徐晃下马宣军令：“得关云长首级的人，赏金千斤。”关羽惊怖，说：“你说的这是什么话？”徐晃回答：“这是国家之事。”
随后两军混战，关羽被徐晃击败。当关羽退走营寨时，徐晃率军穷追不舍，尾随关羽败兵，实行追杀，并紧随其后冲入关羽营寨。当时关羽营寨，外围深壕及鹿角十重，障碍设施极为严密，若从营外强攻极为困难。现徐晃趁关羽军队陷于混乱之机，由内突袭，一举大破之，杀降蜀之胡修、傅方。
关羽遂撤围退走，樊城围解。不久，东吴大都督吕蒙偷袭江陵，孙权派人诱降关羽，关羽伪称投降，在城头立幡旗，假做军士，自己却逃走，只有十多骑跟随。孙权派朱然、潘璋断了关羽各路，在临沮捉获关羽和其子关平，随即将其处死。
关羽被杀不久，孙权派人将他的首级献给曹操，表示对曹操的归附之意，同时也是为了引起刘备对曹操的不满。为了表彰孙权的功劳，曹操封其为骠骑将军，领荆州牧、封南昌侯。曹操在所管辖的荆州地区采取了一些安抚民众的措施，让民众安心生产、休养生息，社会秩序也得到了稳定。
此战，对于巩固曹操的南部疆土和稳定后方都起了重大作用，不仅挫败关羽的强大攻势，更重要的是破坏孙、刘联盟，改变了当时的战略格局——三国鼎立局面，使曹操掌握了战略主动权。
