汉献帝建安十六年(公元211年)，益州牧刘璋远远听说曹操将派钟繇等人向汉中讨伐张鲁，心中惶恐。别驾从事蜀郡人张松劝刘璋说：“曹操军队强大，天下无敌，如果借助张鲁的力量来攻取蜀地，谁能阻挡得住呢?”刘璋说：“我本来就忧虑此事，但是没有办法解决。”张松说道：“刘备是你的宗室，而与曹操有深仇，他善于用兵，假使让他征讨张鲁，张鲁必败无疑。张鲁被攻破了，益州也就强大了，即使曹操到来也无能为力了。”刘璋觉得他说的对，派法正率四千人去迎接刘备，前后送给他的财物多得以亿计。法正趁机向刘备陈述可以夺取益州的计策。刘备留下诸葛亮、关羽等人据守荆州，自己率领数万人进入益州。到了涪县，刘璋亲自出来迎接，相见时非常兴奋。张松要法正转告刘备，等到庞统进去劝说时，便可在会见的地方动手，袭击刘璋。刘备说：“这是大事不可操之过急。”刘璋推举刘备代理大司马，并任司隶校尉;刘备也推举刘璋代理镇西大将军，兼任益州牧。刘璋给刘备增加军队，派他进攻张鲁，又命令他督领白水关的军队。刘备军队共计三万多人，车辆甲胄器械财物很多。这一年刘璋回到成都。刘备经北到达葭萌，没有立即讨伐张鲁，却广施恩德收买人心。

第二年，曹操征讨孙权，孙权请呼刘备来援救他。刘备派使者报告刘璋说：“曹操征伐吴国，吴国忧虑情况危急。孙权本与我唇齿相依，又加上乐进与关羽在青泥对峙，现在不前去救关羽，乐进必定大胜，转而侵犯益州边界，这种忧虑超过对张鲁的忧虑。张鲁只不过是自守自护的强盗，不值得忧虑。”于是向刘璋请求给一万军队及军需物资，想因此东进，刘璋只答应给四千军队，其余物资都只给一半。张松写信给刘备和法正说：“现在大事就要成功，为什么舍弃这里离开呢?”张松的哥哥广汉太守张肃，害怕祸患连累自己，向刘璋告发了他们的阴谋。于是刘璋捕杀了张松，从此刘璋和刘备之间的隔阂开始形成。刘璋下令守关各将不得将文书传给刘备，刘备大为愤怒，召见刘璋的白水军总督杨怀，谴责他无礼，斩杀了他，接着派黄忠、卓膺统领军队指向刘璋。刘备直接来到关中，将守关将领及其妻室儿女扣押起来作为人质，率领军队与黄忠、卓膺等人进至涪县，占领了涪县县城，刘璋派刘璝、冷苞、张任、邓贤等在涪县抵御刘备，都被打败了，只得退兵留守绵竹县。刘璋又派李严率领绵竹各路兵马，李严却率领绵竹各路人马投降了刘备，刘备的军队更加强大，分别派遣各个将领平定州属各县，诸葛亮、张飞、赵云等人率军逆流而上平定白帝、江州、东阳，只有关羽留守荆州。刘备进军包围雒县，当时刘璋之子刘循守城，被围攻了将近一年。

建安十九年(公元214年)夏天，刘备攻破雒城，进而包围成都数十天，刘璋出城投降。蜀地物产富饶，人民安乐，刘备设酒宴犒劳士卒，将蜀城中的金银分赐将士，又将谷物布帛还给主人。刘备再次兼任益州牧，以诸葛亮为辅佐，法正为主要谋士，关羽、张飞、马超为主要武将，许靖、麋竺、简雍为宾客朋友，至于董和、黄权、李严等，本来是刘璋所任用的官员，吴壶、费观等又是刘璋的亲戚，彭漾又是受刘璋排挤的，刘巴是刘备以前所痛恨，刘备都让他们担任显要官职，充分发挥他们的才能，因而有志之士，无不竞相劝勉。