建安二十四年（219年）七月，曹操剛從漢中撤出，劉備大將關羽就在安排好南郡太守糜芳守江陵、將軍傅士仁守公安之後，覺得後方已經穩固，於是，就率駐紮在江陵的大部分軍隊，向襄陽、樊城進發，很快對二地形成包圍之勢。
樊城是關羽攻占的第一個目標，當時守將是曹仁，麵對關羽的強勢攻擊，他抵抗不住，一邊躲在樊城中不敢出城，另一邊派人火速告訴曹操，請求救援。
曹操準備讓曹植帶兵解救曹仁。但在命令到達曹植那裏時，曹植卻喝得酩酊大醉而不能受命。於是，曹操反悔，不再以曹植督領援軍。
曹操命令曹仁不可棄守樊城，與此同時，又急忙派遣左將軍於禁、立義將軍龐德去樊城救助曹仁。
曹仁讓他們屯兵在樊城北麵平地上，和城中互相呼應，使關羽無法攻城。
正在雙方相持不下的時候，樊城一帶下了一場大雨。漢水猛漲，平地的水高出地麵有一丈多。於禁的軍營紮在平地上，四麵八方大水衝來，把七軍的軍營全淹沒了。於禁和他的將士不得不泅水找個高地避水。
關羽早就抓住於禁在平地上紮營這個弱點。他趁著大水，安排好一批大小船隻，率領水軍向曹軍進攻。他們先把主將於禁圍住，叫他放下武器投降。於禁被圍在一個漢水中的小土堆上，逼得無路可退，就垂頭喪氣地投降了。
龐德帶了另一批兵士避水到一個河堤上。關羽的水軍向他們圍攻，船上的弓箭手一起向堤上射箭。
龐德手下有個部將害怕了，對龐德說：“我們還是投降了吧！”
龐德罵那部將沒誌氣，拔劍把他砍死在堤上。兵士們看到龐德這樣堅決，也都跟著他抵抗。龐德不慌不忙拿起弓箭回射，他的箭法很好，蜀軍被射死不少。雙方從早打到中午，從中午打到午後。龐德的箭使完了，就叫兵士們一起拔出短刀來搏鬥。他跟身邊的將士說：“我聽說良將不會為了怕死而逃命，烈士不會為了活命而失節。今天就是我死的日子了。”
這時候，大水越漲越高，堤上露出的地麵越來越小。關羽水軍的大船進攻更加猛烈，曹軍的兵士紛紛投降。龐德趁著這亂哄哄的時候，帶了三個將士，從蜀軍兵士中搶了一隻小船，想逃到樊城去。不料一個浪頭襲來，把小船掀翻了。龐德掉在水裏，關羽水軍趕上去，把他活捉了。
將士們把龐德帶回關羽大營。關羽好言好語勸他投降。龐德罵著說：“魏王手裏有人馬一百萬，威震天下；你們的主人劉備，不過是個庸碌的人，怎能和魏王相敵。我寧可做國家的鬼，也不願做你們的將軍！”
關羽大怒，一揮手，命令武士把龐德殺了。
關羽消滅了於禁、龐德的七軍，乘勝進攻樊城。樊城裏裏外外都是水，城牆也被洪水衝壞了好幾處。曹仁手下的將士都害怕了。有人對曹仁說：“現在這個局麵，我們也沒法守了，趁現在關羽的水軍還沒合圍，趕快乘小船逃吧！”
曹仁也覺得守下去沒希望，就跟一起守城的滿寵商量。滿寵說：“山洪暴發，不會很久，過幾天水就會退下去。聽說關羽已經派人在另一條道上向北進攻。他自己沒有敢進兵，是因為怕咱們截他的後路。要是我們一逃，那麽黃河以南，恐怕就不是我們的了。請將軍再堅持一下吧。”
曹仁覺得滿寵說得有理，就鼓勵將士堅守下去。這時候，陸渾（今河南嵩縣東北）百姓孫狼發動起義，殺了縣裏的官員，響應關羽。許都以南，其他響應的人也不少。關羽的威名震動了整個中原。
魏王曹操到了洛陽，得到各方麵的警報，有點慌。他跟百官商議，準備暫時放棄許都，避避關羽的勢頭。
謀士司馬懿說：“大王不必擔心。我看劉備和孫權兩家，表麵很親熱，實際上互相猜忌得厲害。這次關羽得意了，孫權一定不樂意。我們何不派人去遊說孫權，答應把江東封給他，約他夾攻關羽，這樣，樊城之圍自然會解除了。”
曹操聽了司馬懿的意見，真的打發使者到孫權那裏去。
我們再來看看孫權方的態勢，關羽處於孫權的上遊地帶，他很不願意讓關羽的勢力再發展下去，而且孫權自身也有攻取荊州之心，呂蒙秘密向孫權建議，如果現在命征虜將軍孫皎鎮守南郡，潘璋駐守白帝，蔣欽率散兵一萬人沿長江上下活動，哪裏有敵人，就在哪裏戰鬥，而他本人可以在襄陽城據守，這樣，無論是曹操還是關羽都不用操心了，他還評價關羽說，關羽雖然驍勇善戰，但是為人自負，對孫權並不是真心相待，現在之所以不攻打他們，是因為孫權聖明，他的將領們還沒死。如現在不趁著自己兵強馬壯時一絕後患，一旦等自己實力變弱時再較量，就陷入被動了。
孫權考慮後，決定攻打荊州。呂蒙來到陸口，發現關羽雖然征討樊城，但是卻留下很多防守的軍隊，倉促之間也無法取得新的突破，於是，呂蒙對孫權說：“關羽攻打樊城而留下很多守兵，必定是害怕我襲擊他後方的緣故。我時常生病，可以以治病為名，分一部分士兵和我一起回建業。關羽聽說這個消息後，就會撤掉守兵，全部開赴襄陽。那時，我們的大軍走水路，乘船晝夜逆流而上，乘他不備，襲取他的空虛所在，那麽就可以奪得南郡，擒獲關羽。”上書後，呂蒙就聲言病重，孫權則公開下達文書，召他回建業。關羽聞訊果然中計，逐漸把守備兵力調往樊城。
冬十月，呂蒙奉孫權之召返回建業，途經蕪湖，帳下右部督（孫權的禁衛軍統帥）陸遜前來拜見，對呂蒙說：“關羽和您的防區相鄰，為什麽遠遠離開，以後不會為此而擔憂嗎？”呂蒙說：“的確如你所說，可是我病得很重。”陸遜：“關羽自負驍勇，欺壓他人，因為曾經立了大功，就驕傲自大，一心致力向北進攻，對我軍未加懷疑，聽說您病重，必然更無防備，如果出其不意，就可以將他擒服。您見到主公，應該妥善籌劃此事。”呂蒙大驚，但為不泄露軍機，便說：“關羽素來勇猛善戰，我們很難與他為敵，況且他已占據荊州，大施恩德和信義，再加上剛剛開始取得戰功，膽略和氣勢更加旺盛，不易對付。”
後來呂蒙拜見孫權，孫權問誰可以替他在陸口指揮，呂蒙極力推薦陸遜，並說：“陸遜思慮深遠，有能力擔負重任，看他的氣度，終究可以大用；而且他沒有大名聲，不是關羽所顧忌的人，沒有人比他更合適了。如果用他，應該要他在外隱藏鋒芒，內裏觀察形勢，尋找可乘之機，然後向敵人進攻，可以取得勝利。”孫權下令，由陸遜代替呂蒙。陸遜來到陸口，馬上寫信給關羽，表示自己對他的仰慕，並且表示絕不與關羽為敵。關羽愈發大意。
在當年的八月，漢水流域曾因為天降暴雨而發生“漢水溢流”的自然災害。當時的關羽乘船進攻，擒獲魏將於禁後，得到人馬數萬。後來，到了閏十月，關羽借口糧食匱乏，擅自取走了儲藏在湘關的米。
孫權得知此事，覺時機成熟，便派兵襲擊關羽。孫權準備任命征虜將軍孫皎和呂蒙為左、右兩路軍隊的最高統帥，呂蒙說：“如果您認為征虜將軍有才能，就應任用他為統帥；若認為我有才能，就應任用我。以前，周瑜和程普為左、右部督，率兵攻打江陵，雖然事情由周瑜決定，然而程普恃自己是老將，而且二人都是統帥，於是雙方不合，幾乎敗壞國家大事，這正是現在要引以為戒的。”孫權醒悟，向呂蒙道謝說：“以你為統帥，可以任命孫皎做你的後援。”
十一月，孫權西征關羽，任命呂蒙為前部，率軍隱蔽前出，進至尋陽（今湖北廣濟東北），把精銳士卒埋伏在偽裝的商船中，令將士身穿白衣，化裝成商人，募百姓搖櫓劃槳，晝夜兼程，溯江急駛，直向江陵進襲，一切都進行得十分隱蔽和詭秘。駐守江防的蜀軍士兵被偽裝的吳軍所騙，猝不及防，全部被俘虜，江陵城內空虛，陷入混亂。呂蒙先讓原騎都尉虞翻寫信誘降駐守公安（今湖北公安北）的蜀將傅士仁，又使傅士仁引吳軍迫降守江陵的蜀南郡太守麋芳。麋芳獻城出迎，呂蒙遂率大軍進據江陵，從而，一舉奪回蜀長期占據的荊州。剛而自矜的關羽，卻對呂蒙的襲擊行動一無所覺。
南郡太守麋芳開城出降時，呂蒙在沙丘上慶祝南郡投降，虞翻此時勸呂蒙小心城中會有伏兵，江陵城中隻有麋芳跟吳軍是一心的；其他人居心叵測，勸呂蒙應盡快入城控製城池，呂蒙幡然醒悟，及時掌控城中要地，讓原本想要伏擊的人來不及設好埋伏。當時城內果然設有伏兵，因為呂蒙接納虞翻的勸告，這次伏擊才不成功。
呂蒙將關羽部下的家屬全部抓獲，厚加撫慰，並下令軍中，不得騷擾百姓，不得擅入民家有所索取。
當時呂蒙手下有一個軍士，與呂蒙一樣是從淮河以北的汝南郡南渡而來。他拿了民家一鬥笠，來覆蓋官府的鎧甲。呂蒙認為，鎧甲雖是公家器物，但擅取民家鬥笠還是犯了軍令。揮淚將他斬首。於是軍中震栗，以致路不拾遺。
呂蒙還派人早晚慰問年長之人，關心他們的生活，補給不足。若有人生病，就送去醫藥，有人饑寒，就送去糧食和衣服。關羽府庫中的財寶，呂蒙一毫不取，全部封存。
再說曹操聽取司馬懿的意見，與孫權結盟，同時命徐晃率軍救曹仁，並命名將張遼火速援曹仁。
徐晃所部多為新兵，難以與關羽爭鋒，於是進至陽陵坡駐紮（樊城北），曹操派將軍徐商、呂建傳令：“要等到兵馬集結後，一起出擊。”當時關羽前部屯偃城，徐晃佯築長塹，示以將切斷蜀軍後路。蜀軍害怕被圍，燒營撤走，徐晃軍進據偃城，兩麵連營，漸向圍城蜀軍逼近，徐晃軍營距關羽所圍僅三丈。
曹操使者返回洛陽，帶來孫權密信，說即派兵西上襲擊關羽，但請保密，以防關羽得知有備。曹操采納董昭意見，故意泄漏信中內容。曹操令徐晃用箭將孫權密信內容，分別射入樊城及關羽營中。被圍魏軍得信後，士氣倍增，防守更堅；關羽得信後，則進退兩難。
此時，曹操為了解救樊城、襄陽，已率主力由洛陽進抵摩陂（今河南郟縣東南），並已先後派殷署、朱蓋等十二營兵進至偃城，悉歸徐晃指揮。
關羽軍主力屯圍頭，一部屯四塚。徐晃以聲東擊西戰術，揚言欲攻圍頭，卻出其不意突襲四塚。關羽恐四塚有失，自率步騎五千出戰，戰前，由於關羽和徐晃是同鄉而且關係很好，兩人隔空對話，但說平生，不及軍事，不久徐晃下馬宣軍令：“得關雲長首級的人，賞金千斤。”關羽驚怖，說：“你說的這是什麽話？”徐晃回答：“這是國家之事。”
隨後兩軍混戰，關羽被徐晃擊敗。當關羽退走營寨時，徐晃率軍窮追不舍，尾隨關羽敗兵，實行追殺，並緊隨其後衝入關羽營寨。當時關羽營寨，外圍深壕及鹿角十重，障礙設施極為嚴密，若從營外強攻極為困難。現徐晃趁關羽軍隊陷於混亂之機，由內突襲，一舉大破之，殺降蜀之胡修、傅方。
關羽遂撤圍退走，樊城圍解。不久，東吳大都督呂蒙偷襲江陵，孫權派人誘降關羽，關羽偽稱投降，在城頭立幡旗，假做軍士，自己卻逃走，隻有十多騎跟隨。孫權派朱然、潘璋斷了關羽各路，在臨沮捉獲關羽和其子關平，隨即將其處死。
關羽被殺不久，孫權派人將他的首級獻給曹操，表示對曹操的歸附之意，同時也是為了引起劉備對曹操的不滿。為了表彰孫權的功勞，曹操封其為驃騎將軍，領荊州牧、封南昌侯。曹操在所管轄的荊州地區采取了一些安撫民眾的措施，讓民眾安心生產、休養生息，社會秩序也得到了穩定。
此戰，對於鞏固曹操的南部疆土和穩定後方都起了重大作用，不僅挫敗關羽的強大攻勢，更重要的是破壞孫、劉聯盟，改變了當時的戰略格局——三國鼎立局麵，使曹操掌握了戰略主動權。