干了一會兒，夏侯淵不由汗流浹背，燥熱難當，當下脫去鎧甲散熱，只穿掩心鏡護住前胸。
法正在山上看的真切，急忙將紅旗一招，關羽見狀，當即領兵沖下山來，眾軍宛如下山猛虎，來勢兇猛。
夏侯淵此時正在營壘外圍，既來不及撤退，也來不及穿甲，措手不及之下，被關羽猛沖至跟前，手中青龍刀一揮，頓時刀出如龍，將夏侯淵連頭帶肩劈為兩半。
一眾曹軍大驚，士氣大跌之下，紛紛掉頭就跑。關羽揮軍掩殺，一舉突破夏侯淵的營壘，臨陣再斬了曹操所置之益州刺史趙顒。
曹軍更是混亂，被關羽驅趕著從西南至東北，將曹軍營壘一一全部沖散。張郃、郭淮、夏侯尚等人聞聽夏侯淵，趙顒戰死，又見全軍有崩潰之勢，慌忙領著眾軍撤退，一番廝殺，總算帶著殘軍殺出山口，一路奔逃至米倉山營寨，與漢中太守杜襲會合。
這一戰，劉備軍陣斬曹軍四五千人，俘虜士兵七千余人，民夫六千，繳獲糧草軍資無數，大獲全勝。
劉備喜不自勝，重賞關羽及其余有功將士。關羽也自感揚眉吐氣，一掃丟失荊州的郁悶之氣。
當下劉備留下丁咸、丁立把守定軍山各處山口，兼且看押戰俘。隨后領著眾軍出山前出至漢水，準備進攻南鄭。
此時退到米倉山大營的曹軍因失去了主將夏侯淵，兵馬折損過半，因此士氣十分低落。眾軍急需重新確定一個主將，以帶領大軍繼續作戰。許多將校因為夏侯尚乃是曹氏宗親的緣故，欲要推拒夏侯尚為主將，還有一些人認為杜襲乃是漢中太守，官位夠高，該當以杜襲為主將，一時爭論不休。
郭淮見狀，當下力排眾議，認為張郃乃是當世名將，從軍數十年，一向深受劉備忌憚，極力主張推舉張郃為主將。漢中太守杜襲也認為張郃善于用兵，比自己更適合擔當主將之責，于是也全力支持張郃領兵。
在郭淮、杜襲的力薦之下，曹軍眾將達成一致，共推張郃為主將。
當下張郃接過兵權，留夏侯尚領少量兵馬堵塞米倉山小道，隨后率領全軍返回漢中平原，放棄了艱險的山地地形，轉而恢復騎兵建制，在盆地平曠地帶戒備劉備。除了大軍休息駐扎的營寨之外，其余各條道路都不設鹿角營壘，以供騎兵縱橫。
劉備分派兵馬多次試探著走出南部大山，進擊南鄭，都被張郃率領騎兵截擊，連續敗了七八場，折卻許多兵馬。
剛剛大勝之后，心態有些膨脹的劉備頓時被打醒了，只得占據險要地形，一路修筑營壘，步步逼近，同時也想方設法從后方山道之中運來數百戰馬，讓趙云、陳到率領著繞道抄掠張郃之后。
張郃雖然大致穩定了形勢，但終究兵少，還是難擋劉備咄咄逼人的進攻。