公元215年（建安二十年），孙权知道刘备已夺得益州，希望取回荆州。刘备却说：“当得到凉州时，便会把荆州交还。”孙权对此十分怨恨，便派鲁肃索要荆州。孙刘两方的将领在阵前“单刀会”，据理相争但最终不欢而散。孙权命吕蒙准备进攻荆州南部，鲁肃将万余人马于益阳牵制关羽，刘备从益州带兵回援。时关羽号称有三万人马，自选五千精锐准备从上游渡河，吴将甘宁率领一千人前往驻守，关羽得知后就没有过河，在河对岸扎营，这个地方后来称为“关羽濑”。此时，曹操进取汉中的张鲁，刘备便迅速和孙权修和，协议平分荆州，即分荆州的江夏郡、长沙郡、桂阳郡属于孙权，分荆州的南郡、零陵郡、武陵郡属于刘备，这就是三国史上著名的湘水划界。
公元218年（建安二十三年），太医令吉本，少府耿纪，司直韦晃等人谋反，但不久事情败露，几人被曹操所杀，曹操于是召曹仁为征南将军，讨伐关羽。曹仁屯樊期间，大肆征调徭役，南阳郡一带军民苦不堪言。宛城太守侯音与卫开于是劫持太守造反，与东里滚关羽联合。曹仁率军前往平乱，于次年正月攻破宛城，将侯音斩杀，并屠城。
公元219年（建安二十四年），刘备军与曹操军相争汉中，魏将夏侯渊被刘备大将黄忠所斩，曹操亲提大军来争汉中，刘备据守，赵云又在汉水劫去粮草，曹操无奈只得退出汉中，刘备遂占据汉中。
同年七月，刘备自称汉中王，任命许靖为太傅，法正为尚书令，关羽为前将军，张飞为右将军，马超为左将军，黄忠为后将军，并派益州前部司马、犍为人费诗去关羽驻地授予关羽官印，关羽闻知黄忠地位和自己一样，愤怒地说：“大丈夫绝不能和老兵同列！”不肯接受任命。费诗对关羽说：“创立王业的人，所用的人不能都一样。以前萧何、曹参和汉高祖年幼时就关系很好，而陈平、韩信是后来的亡命之人；可排列地位，韩信位居最上，没有听说萧何、曹参对此有过怨恨。如今汉中王因为一时的功劳，尊崇黄忠，而在他心中的轻重，黄忠怎能和您相比呢！况且汉中王与您犹如一体，休戚相前，祸福与共。我认为您不应计较官号的高下，以及爵位和俸禄的多少。我仅是一个使者，奉命之人，您如果不接受任命，我就这样回去。只是我为您这样感到惋惜，恐怕您以后要后悔的。”关羽听了他的话以后，大为感动，醒悟过来，立即接受了任命。
当时孙权进攻合肥。曹魏的主力都驻守在淮南。扬州刺史温恢对兖州刺史裴潜说：“此处虽然有贼人，却不值得担忧。现在刚刚涨水，征南将军曹仁却孤军深入，没有长远的准备，关羽强悍狡猾，只恐怕征南将军会有变故。”不久，关羽果然令南郡太守糜芳守卫江陵，将军士仁守公安，他自己率军向樊城的曹仁进攻。
曹操派出大将于禁率领七军援救襄樊。立义将军庞德与关羽交战，引箭射中关羽前额。其时庞德常乘白马，关羽军皆谓之白马将军，对他甚为忌惮。
到了八月，天降大雨十余日，汉水因此暴涨，关羽因掘江堤以大水灌于禁军，于禁军虽在平地，却被水淹五六丈，于禁七军都被淹没，于禁只与诸将登高望水，无所回避，关羽乘大船进攻于禁，于禁投降。曹操得知于禁投降的消息非常惊异。
关羽乘船进攻庞德军，庞德的军队大多投降关羽，庞德寡不敌众，最后被关羽所擒，庞德的兄长在蜀汉汉中为官，关羽因此想要劝降庞德，但是庞德大骂不肯降，关羽于是将其斩首。
关羽乘胜对樊城发起猛攻，樊城进水，城墙崩塌，而曹仁的守军也因为多次战败而大量削减，只剩下几千人，樊城被围数重，外内断绝，粮食也快被吃完，众将都惶恐不安。曹仁在满宠的劝说下，与将士们盟誓，以死守城。关羽又派别的将领把将军吕常包围在襄阳。荆州刺史胡修、南乡太守傅方都投降了关羽。
同年十月，陆浑民孙狼等苦于徭役，叛上作乱，南附关羽，遥受关羽印号，为之支党，?关羽的声势一度威震华夏。?
公元219年（建安二十四年）末，曹操以为汉献帝在许，与关羽军相近，欲迁都避其锋芒，司马懿、蒋济等劝阻，认为孙权必然不愿看到关羽得志，可以用答应将江南封给孙权为条件让他从背后出兵攻击关羽。同时曹操派遣徐晃、赵俨等率军救援樊城，更准备亲自征讨关羽。
救援樊城的徐晃因兵力不足，认为很难与关羽抗衡，不过之后曹操先后派遣徐商、吕建等将领以及殷署、朱盖等十二营兵马增援徐晃。关羽在围头派有军队驻守，在四冢还有驻军。徐晃于是扬言将进攻围头，却秘密攻打四冢。关羽见四冢危急，便亲自率领步、骑兵五千人出战，徐晃迎击，关羽退走。关羽在堑壕前围有十重鹿角，徐晃追击关羽，二人都进入关羽对樊城的包围圈，包围圈被打破，傅方、胡修都被杀死，关羽于是撤围退走，然而关羽的船只仍据守沔水，去襄阳的路隔绝不通。
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