曹操出兵汉中时，曾将平寇将军徐晃调回南阳郡援助曹仁。于禁兵败后，徐晃向前推进至樊城西北。关羽前部驻扎偃城，徐晃军到达后，围绕偃城掘长壕，做出要截断偃城守军后路的样子，守军害怕被包围，烧毁营寨后撤。其实徐晃所部多为新兵，并没有能力解襄樊之围。徐晃为了等待其他援军赶到，步步为营，缓慢推进到距关羽樊城包围圈三丈之外的地方，扎下营盘，与曹仁取得联系。
之前关羽得到于禁降军数万，粮食不足，便攻占湘关，取用东吴存放的粮米。孙权闻知此事，写信给曹操，表示愿意进攻关羽后方的江陵、公安，为朝廷效力，并请求不要泄露消息，使关羽有所防范。曹操采纳董昭意见，故意泄漏信中内容。襄樊魏军得知后士气倍增，防守更坚；关羽则进退两难。
曹操为解救襄樊，率主力由洛阳进抵摩陂，先后派遣十二营兵进至偃城，统一由徐晃指挥。关羽军主力屯围头，一部屯四冢。徐晃声东击西，扬言攻围头，却暗中攻向四冢。关羽得知四冢即将失守，亲率步骑五千增援。关羽和徐晃是同乡，关系一直不错，战前两人远远对话，只说平生，不及军事。刚一聊完，徐晃马上宣令：“得关云长首级者，赏金千斤。”关羽大惊，说：“大哥，你这是说的什么话？”徐晃回答：“这是国事。”两军混战，关羽败走回营，徐晃率军穷追不舍。关羽军大营外围本有深壕及鹿角十重，强攻极为困难。但徐晃趁着关羽败退入营的机会，尾随一举冲入，降将胡修、傅方都被杀死。樊城之围因此解除。关羽撤围退走后以水军据守汉水，襄阳仍被关羽军包围。
十一月，吕蒙率军隐蔽前出，到达寻阳，把精锐士卒埋伏在伪装的商船中，令人化装成商人，募百姓白衣摇橹，昼夜兼程，溯江直奔南郡治所江陵。驻守江防烽火台的关羽军士兵被伪装所骗，猝不及防之下纷纷被俘。吕蒙先让人写信诱降驻守公安的将军士仁，又命士仁引吴军迫降了守江陵的南郡太守麋芳。
吕蒙到达江陵后，将被囚的于禁释放，俘虏了关羽军的家属，对他们加以抚慰，并下令军中，不得骚扰百姓和索取财物。吕蒙麾下有一军士是其同乡，从百姓家中拿了一个斗笠遮盖公家的铠甲。吕蒙认为铠甲虽是公物，但擅取民家斗笠还是犯了军令，挥泪将他斩首。军中震恐，路不拾遗。吕蒙还派亲兵早晚照顾长者，生病送医药，饥寒送粮衣。关羽府库中的财宝，吕蒙一毫不取，全部封存。
关羽得知南郡失守后，立即南撤。曹军希望他能与吕蒙拼个两败俱伤，没有追击。关羽回军途中，多次派人与吕蒙联络，吕蒙热情接待使者，允许他在城中随意走动。使者返回，关羽手下将士询问家中情况，尽知家中平安，所受待遇超过以前，因此军无斗心。此时，孙权也到达江陵，荆州的文武官员先后归附。
刘备集团的宜都太守樊友放弃宜都郡（曹操得荆州后分南郡枝江以西设临江郡，刘备改为宜都郡）逃走，陆逊随即攻占夷陵、秭归等地，切断关羽入蜀道路。关羽自知势孤力穷，向西败走麦城。十二月，关羽伪装投降，把幡旗做成人像立在城墙上，率少数骑兵从麦城突围，在临沮被潘璋部将马忠擒获，关羽及其子关平被就地斩杀。
此役刘备集团不但没有攻取襄樊，反而丢失了荆州三郡，丧失数万精兵，大将关羽也兵败身亡，实力大削，使得隆中对成为虚话。后期的连锁反应，更是导致孟达叛变投魏和夷陵之战失败，使原本就弱小的刘备集团雪上加霜。而孙权从此占据荆州六郡，完成了“全据长江”的梦想，进一步巩固了东吴政权的安全。
