刘备取下益州后，又于建安二十四年（219年）春在汉中击败曹操大军，接着派遣刘封、孟达占据上庸，此时，刘备集团的领地和实力大为增强，达到了顶峰时期。
而曹操集团经过内忧外患，进入守势。虽说如此，但曹操集团仍然是三大军事集团（刘备、孙权、曹操）中最为强大的。
孙权集团平定山越、取得交州、荆州三郡（江夏、长沙、桂阳），实力也大为增强，但因为刘备集团占据荆州南郡，使得孙权集团不但无力向北发展，而且还有被刘备集团和曹操集团夹击的危险。所以，孙权想方设法想占据荆州南郡。
公元219年（建安二十四年）春，刘备军再度进军汉中，夏侯渊、张郃军与刘备军相持不下，而曹操的援军在长安，未能及时帮助，最后汉中陷落，曹操无功而还，退回长安。孙权又攻合肥，诸州皆抽调兵力赴扬州屯驻。
同年，关羽率领部队攻打荆州北部樊城，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，连绵大雨，汉水暴涨，水高五至六丈，于禁所督的七军三万人全为汉水泛滥的洪灾所淹。于禁、庞德上高处回避。关羽乘机领水军攻击于禁、庞德，于禁等无处可逃，于是投降。庞德站在堤上，身穿铠甲，手挽弓，箭无虚发，自清晨拼力死战，到日过中午，关羽的进攻愈来愈急。庞德的箭射尽了，就短兵相接，庞德愈战愈勇，胆气愈壮，但水势愈来愈大，部下的官员和士兵都投降了。庞德乘上小船，想返回曹仁的军营，小船被大水冲翻，失去了弓箭，只有他一人在水中抱住翻船，被关羽俘虏。见关羽时，他站着不肯下跪。关羽对他说：“你的兄长在汉中，我准备让你做我的将领，为什么不早早投降呢？”庞德大骂说：“竖子，什么叫投降！魏王统帅百万大军，威震天下；你家刘备不过是个庸才，岂能和魏王匹敌！我宁可作国家的鬼，也不作贼人的将领！”关羽杀掉了庞德。曹操闻知此事，说：“我和于禁相识三十年，怎料在危难之处，于禁反而不如庞德呢！”
关羽将于禁等曹军俘虏三万押往自己的大本营——江陵后向樊城发起猛攻，城中进水，处处崩塌，众人都惊恐不安。有人对曹仁说：“现在的危难，不是我们的力量所能应付的，应该趁关羽的包围尚未完成，乘轻便船只连夜退走。”汝南太守满宠说：“山洪来得快，去得也快，希望不会滞留很久。据说关羽已经派别的部队至郏下，许都以南百姓混乱不安。关羽之所以不敢再向前推进，是顾虑我们攻击他的后路。现在如果我军退走，黄河以南地区，就不再为国家所有了。您应该在这里坚守以待。”曹仁说：“你说得对！”于是将白马沉入河中，与将士们盟誓，齐心合力，坚守樊城。城中军队只有数千人，未被水淹没的城墙也仅有几尺高。关羽乘船至城下，立即将樊城重重包围，使其内外断绝。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。
十月，陆浑民孙狼等作乱，杀死了县主簿，向南归附关羽。关羽授给孙狼官印，给他军队，让他去扰乱曹魏。此时许都以南的梁郏、陆浑群盗，纷纷接受关羽的印号，“为之支党”，关羽的威名震动了整个中原。
曹操认为汉献帝在许都，与贼军临近，打算迁都避其锋芒，丞相军司马司马懿、西曹属蒋济对曹操说：“于禁等人战败，是因为大水淹没，并非因为攻战失利，对国家大计没有构成大的损害。刘备和孙权，从外表看关系密切，实际上很疏远，关羽得志，孙权必然不愿意。可派人劝孙权威胁关羽的后方，答应孙权把江南封给他，这样樊城之围自然就解除了。”曹操听从了他们的建议。
孙权曾经为自己的儿子向关羽的女儿求婚，关羽骂了孙权的使者，拒绝通婚，孙权因此很恼怒。及至关羽进攻樊城，吕蒙向孙权上书说：“关羽征讨樊城，却留下很多军队防守，一定是害怕我从后面进攻他。我经常患病，请求您允许我以治病为名，率一部分士兵回建业，关羽知道后，必定撤走防守的军队，全部调往襄阳。我大军昼夜乘船溯长江而上，趁他的防守空虚，进行袭击，南郡就可攻取，关羽也会被我擒获。”于是，吕蒙自称病重。孙权则公开发布命令召吕蒙返回，暗中与他进行策划。同时，陆逊至陆口，写信给关羽，称颂关羽的功德，深深地自我谦恭，表示愿意尽忠和托付自己的前程。关羽因此感到很安定，不再有疑心，便逐渐撤出防守的军队赶赴樊城。陆逊把全部情况向孙权作了回报，陈述可以擒服关羽的战略要点。
关羽得到于禁等人的军队数万人，粮食不足，军队断粮，便擅自取用孙权湘关的粮米；孙权闻知此事，便派兵袭击关羽。曹操出兵汉中时，派平寇将军徐晃驻屯宛城援助曹仁；及至于禁兵败，徐晃向前推进到阳陵坡。关羽派兵驻扎偃城，徐晃军队到达后，通过隐秘的小径围绕偃城，掘一道长壕，表示要截断关羽守军的后路，关羽守军便烧毁营盘退走了。徐晃占据偃城后，连结军营逐渐向前推进。曹操派赵俨以议郎的身份参与曹仁的军事部署，和徐晃所部一同前进，而其余的救兵尚未赶到。徐晃率领的军队没有足够的力量解樊城之围，而将领们却呼叫着责备徐晃，催促他去救曹仁。赵俨对将领们说：“如今贼兵已经将樊城紧紧包围，水势仍然很大，我们兵力单薄，又与曹仁隔绝，不能同心合力，这一举动恰会使城里城外都受到伤害。如今不如向前靠近关羽的包围圈，派遣间谍通知曹仁，使他一齐发动，一定可以打败关羽。假如有迟缓不发救兵之罪，由我一人替诸位承当。”将领们都很高兴。徐晃在距关羽的包围圈三丈之外的地方，扎下营盘，挖地道和射箭书通知曹仁，多次沟通消息。
孙权写信给曹操，请求允许他讨伐关羽，为朝廷效力，并请求不要把消息泄露出去，使关羽有所防范。曹操问群臣，群臣都说应当保密，董昭却说：“军事行动，注重权变，要求合乎时宜。我们应当答应孙权为他保密，但暗中将消息泄露出去。关羽知道孙权来信的内容以后，若要回兵保护自己，樊城的包围就迅速解除，我们便可获利。同时，还使孙权、关羽像两匹被勒住马衔的斗马一样，相互敌对而动弹不得，我们可以坐着等待他们筋疲力尽。如果保守秘密不泄露，使孙权如意，这不是上策。再者，被围的将士不知道有救兵，计算城中粮食不足以持久，心中会惶恐不安。倘若再有其他的想法，危害不会小，还使泄露出去为好。况且关羽为人强悍，自恃江陵、公安两城防守坚固，一定不会很快退兵。”曹操说：“很对！”立即下令徐晃将孙权的书信用箭射入围城之内和关羽军营中。被围的将士得到书信后，士气增长百倍，关羽果然犹豫不决，不愿撤兵离去。
曹操从洛阳南下解救曹仁，属下臣僚都说：“大王如不迅速行动，如今就要败了。”惟有侍中桓阶说：“大王认为曹仁等人能否估计目前的形势？”曹操说：“能够。”桓阶又问：“大王恐怕曹仁、吕常不尽力吗？”答道：“不是。”“那么为什么您要亲自去呢？”回答说：“我担心敌人太多，而徐晃等人力量不足。”桓阶说：“如今曹仁等人身处重围之中，仍然死守，没有二心，实在是因为他们认为大王您在远处作外援的缘故。处于万死的危险之地，必定有拼死抗争之心。城内将士有拼死抗争之心，城外有强大的救援，大王您控制六军，显示我们还有多余的军力，何必担心失败而亲自出征？”曹操很同意桓阶的话，于是驻扎在摩陂，先后派遣殷署、朱盖等共十二营军队到徐晃那里增援。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。
吕蒙到达寻阳，把精锐士卒都埋伏在名为冓鹿的船中，让百姓摇橹，穿商人的衣服，昼夜兼程，将关羽设置在江边守望的官兵都捉了起来，所以关羽对吕蒙的行动一无所知。麋芳、士仁一直都不满意关羽轻视自己，关羽率兵在外，麋芳、士仁供应军用物资不能全部送到，关羽说：“回去后，当治他们的罪。”麋芳、士仁都感到恐惧。于是吕蒙命令原骑都尉虞翻写信游说士仁，为其指明得失，士仁得到虞翻信后，便投降了。虞翻对吕蒙说：“这种隐秘的军事行动，应该带着士仁同行，留下军队守城。”于是带着士仁至南郡。麋芳守城，吕蒙要士仁出来与他相见，麋芳于是开城出来投降了。吕蒙到达江陵，把被囚的于禁释放，俘虏了关羽及其将士们的家属，对他们都给以抚慰。对军中下令：“不得骚扰百姓和向百姓索取财物。”吕蒙帐下有一亲兵，与吕蒙是同郡人，从百姓家中拿了一个斗笠遮盖官府的铠甲；铠甲虽然是公物，吕蒙仍认为他是违反了军令，不能因为是同乡的缘故而破坏军法，便流着眼泪将这个亲兵处斩了。于是全军震恐战惊。南郡因此道不拾遗。吕蒙还在早晨和晚间派亲信去慰问和抚恤老人，询问他们生活有什么困难，给病人送去医药，对饥寒的人赐与衣服和粮食。关羽库存的财物、珍宝，全都被封闭起来，等候孙权前来处理。
关羽得知南郡失守后，立即向南回撤。曹仁召集将领们商议，众人都说：“如今趁关羽身陷困境，内心恐惧，可派兵追击，将他擒获。”赵俨说：“孙权侥幸乘关羽和我军鏖战之机，试图进攻关羽后路，又顾忌关羽率军回救，怕我军趁其双方疲劳时，从中取利，所以才言辞和顺地请求为我效力，不过是乘事机的变化观望胜败罢了。如今关羽已势力孤单，正仓促奔走，我们更应让他继续生存，去危害孙权。如果对战败的关羽穷追不舍，孙权就将由防备关羽改为给我们制造祸患了。魏王必将对此深为忧虑。”于是，曹仁下令不要再穷追关羽。曹操知道关羽退走，惟恐将领们追击他，果然迅速给曹仁下达命令，正如赵俨的判断。关羽多次派使者与吕蒙联系，吕蒙每次都厚待关羽的使者，允许在城中各处游览，向关羽部下亲属各家表示慰问，有人亲手写信托他带走，作为平安的证明。使者返回，关羽部属私下向他询问家中情况，尽知家中平安，所受对待超过以前，因此关羽的将士都无心再战了。正在此时，孙权到达江陵，荆州的文武官员都归附。
十一月，汉中王刘备设置的宜都太守樊友放弃宜都郡而走，各城的长官以及各部族的酋长都归降了陆逊。陆逊请求以金、银、铜制的官印授予刚刚归附的官吏，并进攻刘备的将领詹晏等人和世居秭归、拥兵自重的大姓，将其全部击溃，使他们归降，前后斩首、俘获以及招降数以万计。孙权任命陆逊有右护军、镇西将军，进封为娄侯，率兵驻扎夷陵，守卫峡口。
关羽自知孤立困穷，便向西退守麦城。孙权派人诱降，关羽伪装投降，把幡旗做成人像立在城墙上，然后逃遁，士兵都跑散了。跟随他的只有十余名骑兵。孙权已事先命令朱然、潘璋切断了关羽的去路。十二月，潘璋手下的司马马忠在章乡擒获关羽及其儿子关平，予以斩首，于是，孙权占据荆州。
关羽不但没有攻陷襄阳和樊城，反而丢失荆州三郡、兵败身亡，刘备集团丢荆州三郡（南郡、零陵、武陵），实力大削。孙权集团占据荆州南部六郡（南郡、零陵、武陵、江夏、长沙、桂阳）。
襄樊之战是三国时期少见的大战，曹魏参战兵力保守估计也至少有五万（于禁七军 襄樊驻军 徐晃援军），关羽的荆州军团估计有三万多（不然不可能围困襄樊），东吴吕蒙军队夺取荆州的军队想来也不少（江陵是著名的坚城）。所以，襄樊之战的总兵力保守估计在十万左右。
襄樊之战，直接决定了荆州三郡（主要是南郡）的归属，东吴从此占据荆州六郡，不仅增加的地盘，而且还“全据长江”，进一步巩固了东吴政权的安全。
蜀汉丢失荆州三郡，损失极其惨重，首先，蜀汉从此失去了东面北伐的大基地，使得隆中对成为虚话，其次，荆州的军队和人才基本上是损失殆尽，再者，孟达叛变投魏，导致丧失上庸等地，最后，蜀汉在襄樊之战的惨败，直接导致了后来刘备讨伐东吴的夷陵之战，使原本就弱小的蜀汉政权雪上加霜。
