建安24年5月，休整完毕的汉军再次行动起来。
诸葛亮统兵5万，雄赳赳气昂昂，从樊城北上直奔新野；而关羽则统兵三万，从樊城向西攻略南阳盆地的西侧。
两部兵马都连战连捷，将盘踞在南阳郡的各个据点的魏军一一清除。
出兵不到一个月时间，诸葛亮就成功攻克了重兵把守的新野，将这座大汉的龙兴之地再次收入囊中。而关羽的平定了穰县、邓县等小城。
正当关羽军团不断摧城拔寨之时，赵云不甘寂寞，派阎行统一万兵马从武关东进，以配合关羽的行动。关羽见南阳西部已经没有大股的魏军了，于是把收尾工作交给了阎行，自己则带兵前往新野与诸葛亮会合。
这时，诸葛亮从江夏调来的战船到了，于是8万汉军水陆并进，直逼魏国的南部重镇、南阳郡的郡治——宛城。
此时，魏军的部署是：宛城内有守军3万，兵精粮足；曹仁另外统兵7万，驻守在白河以东，以便随时救援宛城。
按双方的兵力对比以及宛城的牢固程度来说，这将是一场旷日持久的城池攻防战。
然而，这时却发生了一件让双方都意想不到的事。魏国的湖阳令习祯，因记恨蔡瑁屠戮其宗族的仇恨，借着到宛城公干的机会，跟一名收买来的死士一起突然出手，于大堂上公然刺杀了蔡瑁。
为了方便脱身，他们还纵火焚烧了南阳太守府，以便制造混乱。
这场大火使蔡瑁的几个亲属和属吏死于非命，却依然没有让习祯顺利逃脱。习祯原打算逃出宛城后，再到诸葛亮的军中投诚的，在他心里，他一直都是汉臣。他不幸被逼进了一条死胡同，只得拔剑自刎了；而那名死士凭借不凡的腿脚功夫，成功出了城并投奔了汉军。
因蔡瑁掌管着南阳的军政事务，他的意外身亡使宛城陷入到一片混乱当中。虽然南阳都尉及时站出来暂代了蔡瑁的职权，但好多事情短时间内还是理不清楚。而且，这件事严重打击了宛城守军的士气，尤其这是汉军即将到来的敏感时期。
在汉军来到城下时，城内守军发生了哗变，有一部分兵卒想要献城投降，与忠于魏国的兵卒发生了火拼。
诸葛亮本来并不准备强行攻城，而是打算先围城打援，耗一耗守军的士气再说。但在得知了城内魏军发生内乱的情况后，他立刻改变策略，命令士兵大举攻城。
果然，宛城守军光顾着内讧了，根本组织不起来有效的防御。就这样，这座魏国经营多年的坚城，只过了一天时间就被攻破了。1万多忠于曹魏的军队从北门仓皇出逃，渡河去投奔曹仁了。剩余的魏军，除了被杀的，另有数千人投降了。
得到了宛城，便意味着南阳郡的主体被汉军拿下了。
入城之后，诸葛亮处理了一些紧急事务后，还亲自组织人手收殓了蔡瑁的尸体。蔡瑁是诸葛亮的妻舅，同时也是刘协的大舅哥。他虽然是为敌国效力的，但人已经死了，这些已经犯不上计较了，而亲属关系却是切不断的。
一开始，诸葛亮打算把蔡瑁送回襄阳蔡洲安葬，但因天气太热了，等尸体入棺时已经发臭了。没办法，诸葛亮只好在宛城城外给他寻了一块墓地，将他就地安葬了。
诸葛亮也没有让蔡瑁的葬礼显得过于寒酸，而是领着许多手下出城为蔡瑁送终。诸葛亮手下有不少人都是襄阳的老人，这些人当年也是蔡瑁的部下。
同时，诸葛亮也派人安葬了习祯。这位荆州贤才的一生，其实也够倒霉的，早年在襄阳得不到任用，后来投奔了刘备，看似得遇其主，却因舞台太小而没有施展才华的机会；后来终于被委以重任了，却因情势所迫，不得已而投降了魏国。直到自刭前，他也只是魏国的一个县令。
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入城之后，诸葛亮一面整顿南阳的政务，一面派人向刘协报捷。
刘协闻报，心情自然是非常高兴的。多年来，他心中一直有一个向曹操复仇的执念，如今，他总算是有能力正面进攻曹魏了，还取得了这么重大的战果。
近来，刘协深深感到帝都设在汉中的不便。汉中位置太过偏僻，给通信、运输等事务造成了诸多不便。定都汉中已经严重阻碍了汉国的进一步发展。
