这时的曹操虽然大军在手，但是消耗庞大，不得不将数千囊粮草搬运到北山囤积，并派重兵把守，黄忠与赵云商议决定互相接应前去劫粮，黄忠不慎中了曹军埋伏，赵云将其及部下解救，曹军紧追不舍，追至赵云营前，赵云大开营门，偃旗息鼓，曹军怀疑有埋伏，打算撤退，赵云竟趁机反击，曹军大惊，自相践踏，伤亡惨重。而后刘备开始主动进攻，早已过花甲之年的曹操变得极为被动，节节败退，五月，强迁汉中百姓退出汉中，撤回长安，刘备占领汉中，不久便自称汉中王。汉中之战以刘备胜利而告终。
此时年迈的曹操本来就因为之前损失爱将夏侯渊等人而痛心，接着不久便失了汉中，又一次次损兵折将，爱子又陷于危险境地，考虑再三，打算放弃许都，后来由于谋士司马懿献上妙计，利用孙权刘备之间的矛盾，使孙权击败并斩杀了关羽，这才解了许都之危。
客观的说，之前曹操集团的实力是明显高于刘备集团的，自汉中之战以来，曹操逐渐表现出了大不如前的状态，也许是上了年纪，身体不支，也许是轻敌大意，也许是敌方将领能人太多，总之，汉中之战曹操败了。