威震華夏
建安二十三年（218年），太醫令吉本、少府耿紀、司直韋晃等人謀反。但不久事情敗露，幾人被曹操所殺。曹操于是召曹仁行征南將軍，討伐關羽。曹仁鎮守荊州期間，大肆征調徭役，荊州境內的軍民苦不堪言。已經降曹20年的宛城百姓們最終被曹仁逼反，宛城守將侯音與衛開與吏民共同反曹，與關羽聯合。曹仁率軍前往平亂，于次年正月攻破宛城，將侯音斬殺，并屠城。
建安二十四年（219年），劉備軍與曹操軍相爭漢中，魏將夏侯淵被劉備大將黃忠所斬。曹操親提大軍來爭漢中，劉備據守，趙云又在漢水劫去糧草，曹操無奈只得退出漢中，劉備遂占據漢中。
同年七月，劉備自稱漢中王，任命許靖為太傅，法正為尚書令，關羽為前將軍，張飛為右將軍，馬超為左將軍，黃忠為后將軍，并派益州前部司馬、犍為人費詩去關羽駐地授予關羽官印，關羽聞知黃忠地位和自己一樣，憤怒地說：“大丈夫終不與老兵同列！”不肯接受任命。費詩對關羽說：“創立王業的人，所用的人不能都一樣。以前蕭何、曹參和漢高祖年幼時就關系很好，而陳平、韓信是后來的亡命之人；可排列地位，韓信位居最上，沒有聽說蕭何、曹參對此有過怨恨。如今漢中王因為一時的功勞，尊崇黃忠，而在他心中的輕重，黃忠怎能和您相比呢！況且漢中王與您猶如一體，休戚相前，禍福與共。我認為您不應計較官號的高下，以及爵位和俸祿的多少。我僅是一個使者，奉命之人，您如果不接受任命，我就這樣回去。只是我為您這樣感到惋惜，恐怕您以后要后悔的。”關羽聽了他的話以后，大為感動，醒悟過來，立即接受了任命。
而后關羽留南郡太守糜芳守衛江陵，將軍傅士仁駐守公安，自己率領大軍攻打襄陽的呂常和樊城的曹仁。關羽在交戰之中，曾被魏將龐德射傷了額頭。曹操從漢中戰場撤出后，立即派遣于禁督率七軍3萬人救援樊城。此時，樊城尚未被關羽包圍，曹仁命令于禁、龐德屯駐在樊北。[此后，開始連下起了十余日的霖雨，關羽利用漢水暴漲的機會水淹七軍，然后乘船攻之，進而逼降于禁、擒獲龐德。關羽欲任用龐德為將，但遭到拒絕，于是斬殺龐德。至此，救援樊城的魏軍全軍覆沒，曹仁駐守的樊城也岌岌可危。關羽的軍隊乘船臨樊城，圍城數重。
同年十月，陸渾民孫狼等苦于徭役，叛上作亂，南附關羽。自許都以南的諸多山賊紛紛遙受關羽印號，為關羽的支黨。甚至連曹魏的荊州刺史胡修、南鄉太守傅方也投靠了關羽關羽的聲勢一度威震華夏。
敗走麥城
建安二十四年（219年）末，曹操以為漢獻帝在許，與關羽軍相近，欲遷都避其鋒芒，司馬懿、蔣濟等勸阻，認為孫權必然不愿看到關羽得志，可以用答應將江南封給孫權為條件讓他從背后出兵攻擊關羽。同時曹操派遣徐晃、趙儼等率軍救援樊城，更準備親自征討關羽。
救援樊城的徐晃因兵力不足，認為很難與關羽抗衡，不過之后曹操先后派遣徐商、呂建等將領以及殷署、朱蓋等十二營兵馬增援徐晃。關羽在圍頭派有軍隊駐守，在四冢還有駐軍。徐晃于是揚言將進攻圍頭，卻秘密攻打四冢。關羽見四冢危急，便親自率領步、騎兵五千人出戰，徐晃迎擊，關羽退走。關羽在塹壕前設圍了十重鹿角，本來是非常堅固的防線，但因為徐晃對關羽緊追不舍，徐晃的追兵和關羽的敗兵就一起進入了關羽對樊城的包圍圈。于是，包圍圈被打破，傅方、胡修都被殺死，關羽于是撤圍退走，然而關羽的船只仍據守沔水，去襄陽的路隔絕不通。
起先，孫權曾派人為自己的兒子向關羽的女兒求婚，關羽辱罵來使，拒絕結親，孫權十分惱恨。[2]關羽素來善待士卒，但對士大夫們卻很驕橫。[49]糜芳、士仁素來厭惡關羽的輕慢態度。當關羽領兵出征時，糜芳、士仁兩處負責供應糧草軍需，兩人不悉心救助關羽。關羽放出話，說：“回去之后，就懲治他們！”糜芳、士仁聽聞后，都恐懼不安。孫權聽聞后，就暗中派人去誘降糜芳、士仁。孫權命呂蒙為主帥偷襲荊州，并親自率軍為后援。荊州重鎮江陵守將麋芳（劉備的小舅子）、公安守將士仁因與關羽有嫌隙而不戰而降。
此時關羽得知南郡失守后，立即向南回撤。回師途中，關羽多次派使者與呂蒙聯系，呂蒙每次都厚待關羽的使者，允許在城中各種游覽，向關羽部下親屬各家表示慰問，有人親手寫信托他帶走，作為平安的證明。使者返回，關羽部屬私下向他詢問家中情況，盡知家中平安，所受對待超過以前，因此關羽的將士都無心再戰了，士卒漸漸潰散，退至麥城。
建安二十四年（219年）的十二月（公歷的220年1月中下旬和2月上旬），關羽率十余騎出逃，一路突圍至距益州不過一二十里的臨沮，遇潘璋部將馬忠的埋伏，被擒，和長子關平于臨沮被害。
關羽在北伐之前，曾經夢到豬在嚙咬自己的腳，自知不祥，對關平說自己今年可能會遭遇噩運而回不到江陵了。到了年末，關羽果然被吳將呂蒙部下所殺。
孫權將關羽首級送給曹操，曹操以諸侯之禮將其安葬于洛陽，同時孫權則將關羽身軀以諸侯禮安葬于當陽，[54]即關陵，也稱當陽大王冢。蜀漢在成都為關羽建衣冠冢，即是成都關羽墓，以招魂祭祀。因此民間也稱關羽“頭枕洛陽，身臥當陽，魂歸故里”（或稱“魂歸山西”）。
景耀三年（260年）九月，蜀漢后主劉禪在追謚幾位重要大臣時，追謚關羽為“壯繆侯”。他的兒子關興繼承了爵位。
景耀六年（263年），龐德之子龐會，隨鐘會伐蜀。蜀漢滅亡后，龐會將關羽全家殺害。