建安二十四年(219年)十月,曹操动员徐晃、张辽等将,及兖州刺史裴潜、豫州刺史吕贡等率军救援樊城,更准备亲自征讨关羽。十月,吕蒙任征荆州大督,率兵西上,公安士仁、江陵麋芳开城投降。孙权亲自率军为后援。麋芳、士仁因与关羽有嫌隙而不战而降,吕蒙、陆逊等遂次第攻陷荆州各地。
救援樊城的徐晃一开始因为部队多为新兵,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12营兵马增援徐晃,最终徐晃出战击败围困樊城的关羽军队。此时,关羽知悉后方生变乃南撤,但水军仍然控制汉水。关羽回军江陵途中,陆逊任右护军、镇西将军屯驻夷陵,吕蒙任南郡太守驻江陵。
期间关羽不断派遣使者前往吕蒙处,关羽军队家多在江陵,吕蒙让使者到城中传递家书,关羽军因此渐渐溃散。关羽至当阳西保麦城,败走麦城后,士兵继续逃散,关羽身边只剩十余骑。
十二月(220年1月23日—2月21日),关羽伪降,在城墙上立幡旗模仿人样,借机率数十骑出逃,一路突围至临沮县章乡南(今湖北省襄阳市南漳县)。十二月关羽被孙权大将潘璋部将马忠捕杀,孙权将其首级送至洛阳曹操处。关平、赵累亦于临沮被斩杀。
赤壁之战后,刘备占据荆州江南四郡,又从东吴那里借来了南郡,实力从赤壁之战前的不到两万残兵败将发展到了六万多精兵强将。关羽张飞赵云诸葛亮统领驻守各郡,可谓兵强马壮。建安十六年,刘备率领数万军队入西川,和刘璋翻脸后又调诸葛亮张飞赵云率军入川,留关羽守荆州。此时关羽手下再无能独当一面的大将,兵力也只剩下约两万人,驻守在南北一千华里,东西五百华里的荆州地区。所以除了直面曹魏的南郡由关云长亲自驻守之外,其余各郡并没有很强的守御力量。
事实历史上是孙权在得知刘备取得益州后,就要求归还荆州。被刘备耍赖拒绝后,孙权直接派官员去接收荆州南部的三郡,结果被关羽全部赶走。孙权大怒之下,直接派吕蒙攻取三郡。刘备知道消息后,率领五万大军出西川下公安,派关羽率领三万军队在长沙西北的益阳和鲁肃吕蒙率领的吴军对峙,企图夺回南部三郡。后因曹操出兵汉中,刘备不得不和东吴划湘江为界,把长沙桂阳划归东吴。关羽已经失去了一半荆州!