七月，曹军主力抵达汉中门户——阳平关（今陕西勉县西北）。此关扼守秦岭通往汉中盆地的要冲，两侧山势险峻，易守难攻。
然而，眼前的景象让久经沙场的曹操也微微蹙眉。张鲁听从其弟张卫及大将杨昂的建议，并未仅仅固守关城，而是充分利用地形，“横山筑城十余里”！守军依托山势，修筑起连绵不绝的营垒和工事，居高临下，卡死了所有通往汉中的通道。营垒之间互为犄角，滚木礌石、弓弩箭矢储备充足，可谓固若金汤。
张卫、杨昂率数万精兵据险而守，士气高昂。他们深知汉中乃五斗米教根基，张鲁以“师君”之名深得民心，此战关乎存亡。
曹操下令试探性进攻。曹军将士奋勇向前，但在狭窄的山道上，难以展开兵力，仰攻之下，死伤惨重，却无法撼动对方防线分毫。夏侯渊、张合等猛将轮番上阵，皆被滚石箭雨击退。
“丞相，贼军凭险固守，强攻伤亡太大，恐难速克。”夏侯渊面带忧色地回报。
曹操亲临前线观察，只见山岭之上，敌军旌旗招展，守备森严，确实是一块难啃的硬骨头。连日进攻受挫，军中开始弥漫一股焦躁情绪，粮草转运也因山路艰险而日益困难。
相持月余，天气渐热，军中疫病也有所滋生。曹操看着每日消耗巨大的粮草和不断增加的伤亡名单，心中萌生退意。他召集众将议事。
“阳平天险，张卫备御严密，我军顿兵坚城之下，师老兵疲，粮道艰难。不如暂且退兵，休整之后再图良策。”曹操提出了撤军的想法。他并非怯战，而是深知久攻坚城乃兵家大忌，尤其在自己的后勤线如此漫长的情况下。
诸将虽有不甘，但见曹操心意似乎已决，且现实困难摆在眼前，大多默然。就在曹操几乎要下达撤军命令的关头，戏剧性的一幕发生了。
或许是连日对峙，见曹军攻势渐缓，甚至后方出现调动迹象，阳平关守军的心态悄然发生了变化，由极度紧张转向了松懈。他们认为曹军久攻不下，已然气馁，即将退兵。
而就在这个夜晚，曹操麾下的一部由校尉高祚率领的军队，因执行调度或侦察任务，在复杂山地中迷路了！阴差阳错之下，他们竟然没有按照预定路线返回，而是误打误撞，闯入了张卫主营的外围营地！
深夜之中，突然有成建制的曹军部队出现在营地附近，顿时引起了守军的极大恐慌和混乱！“曹军夜袭！”的惊呼声四起。由于事先毫无准备，且主帅张卫也可能因认为曹军将退而疏于防范，营地瞬间炸营，士兵们惊慌失措，自相惊扰，甚至开始四散奔逃！
这边曹军大营，曹操正准备明日撤军事宜，突然接到前线急报，说高祚部失踪，且敌军营地似乎发生巨大骚动。曹操是何等人物？立刻意识到战机可能出现了！
他毫不犹豫，当机立断，立刻取消了撤军命令，火速召集精锐部队，亲自督战，趁乱向已经陷入混乱的张卫大营发起猛攻！
此刻的张卫军，已被高祚的“意外造访”搞得阵脚大乱，指挥系统瘫痪，哪里还经得起曹操主力有组织的雷霆一击？曹军如猛虎下山，冲入敌营，砍瓜切菜般斩杀慌乱中的敌军。张卫见大势已去，根本无力组织有效抵抗，吓得魂飞魄散，连弟弟张鲁也顾不上了，连夜弃营而逃，奔往巴中方向。
主帅一逃，阳平关防线瞬间土崩瓦解。杨昂等将或战死，或逃散。曹军一举攻克了这座让他们头疼了数月之久的雄关。
阳平关失守的消息传到南郑（汉中郡治），张鲁如闻晴天霹雳。他赖以生存的天险已失，弟弟张卫败逃，军心溃散。自知无力回天，张鲁放弃了坚守南郑的打算，在部下的劝说下，仓皇率领家眷及部分亲信，向南逃往巴中地区（今四川东北部），依托当地的少数民族势力，企图继续抵抗。
曹操大军兵不血刃，进入南郑城。这座五斗米教的“都城”，未遭战火严重破坏。更让曹操欣喜的是，张鲁仓促逃走，其积累多年的府库珍宝、粮食辎重，几乎完好无损地落入了曹军手中。
建安二十年（
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