建安二十年七月，魏公曹操率军进攻汉中。张鲁准备率众投降，他弟弟张卫不肯，对张鲁说：“曹军原来，不熟地理，只需要紧守阳平关，定然最后无功而返。”
张鲁担心：“魏公用兵如神，多少英雄都被他平定了，我们小小汉中，地狭人少，如何能够凭一郡之力抗衡真个中国？”
张卫依然坚持：“什么用兵如神，不过是自我吹嘘罢了。那刘玄德缺兵少粮的情况下犹能逆袭，现在占据州郡，谁敢小觑。我们现在的实力比当初刘玄德的境遇好太多了，并且汉中北部崇山峻岭，只需要数万大军，我绝对让他曹孟德望关兴叹。”
张鲁拗不过，只好命张卫率领数万军队据关而守，在山间筑城墙，长十余里。
出发前，凉州从事对曹操说：“攻打张鲁很容易，阳平关下，多为平地，南北两山距离较远，正好可以进攻。只要魏公大军开到，张鲁根本守不住。”
曹操听了信以为然，等到了阳平关，看到山势陡峻，根本不是心中所想的样子。不禁感慨：“只听别人说，看来是不行的，跟自己想象差太远。凉州从事乃是武都人，一辈子都没见过平原，以为阳平关下这碗底大点儿地方就很大了。”
曹军仰攻阳平山上张卫设置的营寨，因为山势陡峭，根本攻不下来。旷日持久，士卒死伤累累，曹操也泄气了，准备撤军。便派大将军夏侯惇、将军许褚率军接应山上众军。
无巧不成书，有时候巧合比故事里还神奇。就在曹军撤军的过程中，前部将士夜间迷路了，在大山里兜兜转转，竟然闯进了张卫设置的一处重要营寨中。
张卫军中士卒大惊失色，以为曹军趁夜色攻来，纷纷逃窜。夏侯惇、许褚在后军，还不知道前军发生的事。侍中辛毘、主簿刘晔前来报告，夏侯惇、许褚满脸疑惑，竟然有这么巧合的事？撤军途中把敌军吓跑了？扯犊子呢？
夏侯惇怎么都不相信，亲自前往查看。回去后向曹操报告，同时，请曹操暂缓退军，先率军攻打一下张卫的主营再说。
张卫正满怀惊恐，曹军明明久攻无果，怎么就半夜摸到了自己的重要营寨中了。只听说曹军善战，没想到如此英勇，甫一交战，自家军队就溃败了。看来，这些天曹军一直是在迷惑自己，让自己放松警惕。都说曹操用兵如神，看来不是说说而已。
被动防守了一天，张卫意识到自己不是曹军对手，趁夜色弃营而走。曹军顺利占领了阳平关。
张鲁听闻阳平关已失，心里不断埋怨自己这不争气的弟弟，明明没有金刚钻，偏偏要揽下瓷器活儿。现在倒好，仗打输了不说，还把曹操给得罪狠了吧。想在想投降，都担心人家曹操会不会轻易接受了。
阎圃向张鲁进谏说：“现在情势紧迫才去投降，肯定被魏公看不起，也没有什么大功劳，以后日子指定不好过。不如前往巴中，联合杜濩等人，与魏公相抗。然后再送人质给魏公，请求投降，到那时候，功劳就大得多了。”
于是，张鲁率人前往巴中。有人向张鲁建议：“师君，我们一退，府库粮草、珍宝将全被曹军得去，不如全部烧毁，不能留给曹军。”
张鲁赶紧阻止：“万万不可，我等本来就是想要投降的，现在离开只是暂且避其锋芒，并不是要与国家为敌。府库中的一切都是国家所有，一旦烧毁，那毁掉的都是百姓的心血呀！”
曹操率军进入南郑，知道张鲁封存府库后离开，对张鲁大加赞赏。又因为张鲁平时行道，教化百姓向善，曹操觉得张鲁人还不错，挺良善，便派人前往巴中安抚。
丞相主簿司马懿对曹操说：“魏公，刘备以狡诈的方式取得益州，统治时日尚短，现在蜀中军民尚未全部归心。并且现在刘备又远在江南，与孙权争夺荆州，无力西顾，机不可失呀。现在我们拿下汉中，蜀中必然震恐，大军威压之下，刘备势力定然瓦解。”
曹操说：“贪心不足蛇吞象，现在得了陇，怎么能再望蜀呢？”
侍中刘晔也向曹操进谏：“刘备乃是当世人杰，现在得到蜀地时日尚短，魏公英明神武，大军倾压，将攻无不克。一旦错过时机，刘备以明于治国的诸葛亮为丞相，以勇冠三军的关羽、张飞、马超等为大将，扼守险要，我们就再也无力征讨了。”
曹操仍然不同意进攻蜀中。过了七天，有蜀人前来归降。曹操问及蜀中情况，降者说：“听闻魏公天兵将至，蜀中震恐，一天惊恐数十回。虽然守将斩杀不少人，但仍然无法使百姓安定。”
曹操听闻蜀中情况，又问刘晔：“现在还能攻打蜀中吗？”
刘晔说：“已经过了这么久了，蜀中已经稍微安稳了一些。现在再去攻打，已经迟了。”
曹操也不强求，率领麾下返回邺城。留夏侯渊为都护将军，都督张合、徐晃等守汉中，以丞相长史杜袭为驸马都尉，都督汉中诸事。杜袭教化开导百姓，汉中百姓自愿迁徙去洛阳、邺城的多达八万多口。
九月，巴郡等地的夷帅朴胡、杜濩、任约等人率众来降。曹操分巴郡为三郡，以朴胡为巴东太守，以杜濩为巴西太守，以任约为巴郡太守，全部封列侯。
十一月，张鲁率领家族出降。魏公曹操封张鲁为镇南将军，阆中侯，食邑万户。封张鲁的五个儿子皆为列侯，为自己的儿子曹彭祖娶了张鲁的女儿。后来张鲁去世，谥号为原侯，儿子张富继承爵位。
当初有百姓种地时挖出一枚玉印，群下皆劝张鲁称汉宁王。唯有功曹阎圃劝谏张鲁说：“汉中户口过十万，百姓殷富，四面险固。如果上尊天子，将来能成就齐桓、晋文之功，最差也能与窦融相当，不失富贵。如果贸然称王，则相当于斩断了自己的退路。希望还是不要称王，给自己取祸。”
张鲁听从阎圃的建议，没有称王。阎圃随张鲁一起归降，曹操封阎圃为列侯。
程银、侯选、庞惪等西凉军阀被曹操击败后都投靠了张鲁，现在又随张鲁一起投降。曹操令程银、侯选官复原职，封庞惪为立义将军。