當下夏侯淵揮軍猛攻一陣，卻都被山上的如雨一般密集的羽箭射回。夏侯淵攻不下山上營寨，又忌憚關羽勇猛善戰，無奈之下只得命令眾軍在定軍山的各處山口擺放鹿角，樹立寨柵，意圖將劉備大軍堵死在山中，不給敵軍下山襲擊漢中腹地的機會。
與此同時，夏侯淵又寫了書信，叫把守陽平關的曹洪分兵前來增援。曹洪接到書信，當即命張頜、郭淮、夏侯尚領兵一萬五千人去定軍山助戰。
關羽見夏侯淵修筑營壘，當下領兵下山與夏侯淵戰了幾場，雙方互有勝負，但關羽兵少，即便占著居高臨下的優勢突襲，卻也始終無法阻止夏侯淵建設營壘。很快，夏侯淵便指揮眾軍用鹿角木石將所有山口堵住。
如此過了數日，張郃、郭淮、夏侯尚領兵到來，與此同時，益州刺史趙顒也督率數千民夫趕到，于是夏侯淵集結眾軍，準備再次進攻關羽。
雙方正戰之間，劉備率領的主力終于陸續趕到，夏侯淵見狀，只得退守營壘，與劉備大軍相持。
兩軍對峙了十余日，劉備待后方糧草稍稍運送集結齊全，士卒也休息完畢，恢復了體力之后，便即開始猛攻夏侯淵的營壘。因山道艱險，大軍難以展開，于是劉備精選了善于山地作戰的精兵一萬人，分為十部，命劉封、袁龍、丁咸、丁立、白壽、宗預等人率領，輪番沖擊曹軍營壘。
夏侯淵派張郃率領精兵奮力反擊，將劉備大軍連綿不斷的攻擊一一反擊了回去。
劉備見中央突破的戰法失效，于是改為全線出擊，分兵在定軍山綿延數十里的各處山口上展開猛攻。
夏侯淵見狀，也只得分兵把守，因為戰線太長，只得分段指揮。夏侯淵率領精兵一萬五千人自守最重要的南部，委派張郃領兵一萬駐守東部。
如此又戰了數日，曹軍的變化被敏銳的法正發現了，當下建議劉備親率主力前去猛攻張郃，只留關羽率領五千精兵牽制夏侯淵。劉備欣然同意，當下領著趙云、陳到、吳懿、劉封、袁龍、丁咸、丁立等大將，領兵三萬猛攻張郃。
激戰數日，張郃兵少，抵擋不住人多勢眾且又慣于山地作戰的荊州兵，只得急忙向夏侯淵求援。
夏侯淵見東部危急，而南部這邊關羽兵少，又接連多日按兵不動，于是分出一半兵馬，遣杜襲率領增援張郃。
駐兵于山上的關羽、法正看見，知道戰機到來。當下法正叫關羽領三千精兵潛伏在半山腰上，法正則自領少量兵馬，多插旌旗駐守山頂營寨。雙方約定，只看山頂紅旗招展，關羽便要殺下山去，突襲曹軍。
安排妥當，法正分派白壽、宗預各領千人，多帶火把前去焚燒曹軍營壘。二將依計行事，奮力沖殺，雖未能突破曹軍，但也對營壘鹿角造成了許多破壞。
待到白壽、宗預被擊退后，夏侯淵便急令士兵修補營壘。夏侯淵一向愛兵如子，與士卒同甘共苦，攻則在前，退則在后，因此麾下士卒皆能死戰。數十年的從軍經歷養成了夏侯淵身先士卒的用兵風格，此時命士卒修補鹿角，為了激烈士氣，夏侯淵身為主帥，竟然不辭勞苦，親自與士卒一起搬抬鹿角木樁，修補營寨外圍的鹿角。