七月，曹操亲率大军攻打马超等人。属下劝说：“函谷关以西的士兵擅长使用长矛，不挑选精锐的部队做前锋，是抵挡不住的。”
曹操说：“我早有安排。他们虽然善用长矛，我会让他们的长矛无法刺杀。你们就等着看好了。”八月，曹操到达潼关，与马超相对安营扎寨。
曹操希望马上控制局势，暗中派遣徐晃、朱灵率领步兵、骑兵四千人前往黄河以西扎营。闰八月，曹操从潼关向北渡过黄河，大军先渡，曹操与一百多名勇士断后。这时马超率领一万多名士兵进攻，箭像雨点一样飞来，曹操仍然坐在折凳上不动。
许褚扶曹操上船，可船上士兵都被箭射伤，死了，许褚左手举起马鞍为曹操抵挡乱箭，右手撑船。校尉丁斐把曹军携带的牛马放出来引诱敌人，马超的属下及士兵都争先恐后去争抢牛马。曹军渡过西河，沿河开凿甬道，并向南推进。马超等人退守渭口，也就是渭水流进黄河的入口。
曹操表面摆出阵仗，暗中却用船载着士兵进入渭水，修筑浮桥，再趁夜另派士兵到渭水南岸扎营。马超等人连夜进攻，却遭到伏兵，马超等人大败，到渭南驻军，派使者前去割地求和，曹操不答应。
九月，曹操率大军渡过渭水。马超等人屡次挑战，曹操都不与他们交战；并一再求和，要割地并送儿子做人质。
贾诩觉得不妨假装答应，曹操问他下一步怎么办，贾诩说：“离间他们。”曹操点头大笑，曹操与韩遂是旧识，韩遂求见曹操，曹操就答应了。他们骑着马聊天，聊了很久，说起旧友、往事，相谈甚欢。
当时，当地的关中人与胡人都来看热闹，很多人前来围观，曹操笑着对他们说：“你们来看曹操吗？曹操也是人，并不是有四只眼睛两张嘴的怪物。”过后，马超等人问韩遂：“你们说了些什么？”韩遂说：“什么都没谈。”马超等人怀疑韩遂。
有一天，曹操给韩遂寄去一封信，并把信圈改涂抹了很多，弄得就像是韩遂改过一样，马超人等因此更加怀疑韩遂。
曹操与马超等人约定日期交战。曹操先派小部队挑战，过后，才派精锐骑兵夹击，大获全胜，斩杀了成宜、李堪等。
韩遂、马超、杨秋三人逃走，将领们问曹操说：“当初，敌军据守潼关，却不防守渭水之北的道路。但您不从黄河以东进攻冯翊，反而在潼关附近等了许久才北渡黄河，为什么？”
曹操说：“敌军据守潼关，如果我军进入河东，敌军反会驻守各处渡口，我军则无法渡河。我故意派大军进军潼关，敌军也就在那儿集中防守，西河的戒备松懈，所以徐晃、朱灵两位将军能够轻易夺取西河。随后，我再北渡黄河，敌军无法与我争夺西河，因为已经有两位将军在那里驻军了。我联结车辆，打下木栅，开凿甬道往南推进，既为备战，也为示弱。渡过渭水后修筑营垒，敌人挑战而坚守不出，是想麻痹敌人，因为敌军没有修筑营垒，而只是请求割地。我答应他们，是为了使他们骄傲轻敌。同时，我们养精蓄锐，一旦进攻，就迅雷不及掩耳。用兵之道，贵在多变。”诸将听完，个个点头称是。
关中各将领纷纷率军前来支援马超，曹操很高兴。部下将领觉得奇怪，就问他原因，曹操说：“关中地域辽阔，如果他们各自据守关隘险要，我们想征服他们，需要花费一两年；如今他们自己集中在一起，人数虽多，但相互之间谁也不服谁，军队没有主帅，可以一举消灭，比分而击之要容易多了。所以我见他们来，就很高兴。”十月，曹操从长安出发，攻打杨秋，包围安定。杨秋投降，曹操恢复他的爵位，让他留下来安抚百姓。
曹操想继续西进，追击马超、韩遂，再将割据在凉州的其他势力一并加以解决，将陇右也控制在自己手上。可出乎意料的是，在河间（今河北献县东南）爆发了以田银、苏伯为首的农民起义，波及幽州和冀州两个地方，曹操怕这一战会导致后防不稳，随即命张既为京兆尹，让夏侯渊镇守长安，自己则率军东归。张既用怀柔的政策招集流亡难民重返家乡、重建家园，很受百姓的拥戴。
