夏侯淵急忙派人到黃忠營寨，說願意用陳式來交換夏侯尚。黃忠約定第二天在陣前交換。第二天，兩軍都來到山穀開闊之處，擺開陣勢。黃忠、夏侯淵各自騎馬站在本陣門旗之下。黃忠押著夏侯尚，夏侯淵押著陳式，兩人都沒給他們穿袍鎧，隻讓他們穿著單薄的衣服遮體。一聲鼓響，陳式、夏侯尚各自朝著本陣奔回。夏侯尚快跑到陣門時，被黃忠一箭射中後心。夏侯尚帶著箭跑回了本陣。夏侯淵大怒，驅馬直取黃忠。黃忠本就想激怒夏侯淵廝殺。兩員將領交鋒，戰了二十多個回合，曹營內忽然鳴金收兵。夏侯淵慌忙撥轉馬頭往回跑，黃忠趁機追殺了一陣。夏侯淵回到陣中，問押陣官：“為什麼鳴金收兵？”押陣官回答說：“我看到山凹處有幾處蜀兵的旗幡，擔心有伏兵，所以急忙召回將軍。”夏侯淵相信了他的話，於是堅守不出。
黃忠進逼到定軍山下，和法正商議。法正用手指著說：“定軍山西麵，高聳著一座高山，四下都是險要的道路。從這座山上足以俯瞰定軍山的虛實。將軍如果能奪取這座山，定軍山就儘在掌握之中了。”黃忠抬頭望去，見山頂稍平，上麵有少量人馬。當天夜裡二更時分，黃忠帶領軍士鳴金擊鼓，徑直殺上山頂。這座山由夏侯淵的部將杜襲把守，隻有幾百人。當時見黃忠大隊人馬蜂擁而上，隻得棄山逃走。黃忠占領了山頂，這裡正好與定軍山相對。法正說：“將軍可以守在半山腰，我在山頂。等夏侯淵的兵馬來到，我舉白旗為號，將軍就按兵不動；等他們倦怠無備時，我舉起紅旗，將軍就下山出擊：以逸待勞，一定能夠取勝。”黃忠非常高興，聽從了他的計策。
再說杜襲帶領敗軍逃回，去見夏侯淵，報告說黃忠奪了對麵的山。夏侯淵大怒說：“黃忠占了對麵的山，我不能不出戰了。”張郃勸諫說：“這是法正的計謀。將軍不可出戰，隻適宜堅守。”夏侯淵說：“他占了我的對麵的山，窺探我的虛實，我怎麼能不出戰？”張郃苦苦勸諫，夏侯淵不聽。夏侯淵分兵圍住對麵的山，大聲叫罵挑戰。法正在山上舉起白旗；任憑夏侯淵如何百般辱罵，黃忠就是不出戰。午時過後，法正見曹兵倦怠，銳氣已經低落，大多下馬坐地休息，於是揮動紅旗，鼓角齊鳴，喊聲震天，黃忠一馬當先，衝下山來，猶如天崩地塌之勢。夏侯淵措手不及，被黃忠趕到麾蓋之下，黃忠大喝一聲，聲如雷吼。夏侯淵還沒來得及迎戰，黃忠的寶刀已經落下，將他連頭帶肩，砍為兩段。後人有詩稱讚黃忠道：“蒼頭臨大敵，皓首逞神威。力趁雕弓發，風迎雪刃揮。雄聲如虎吼，駿馬似龍飛。獻馘功勳重，開疆展帝畿。”
黃忠斬了夏侯淵，曹兵大敗，各自逃命。黃忠乘勢去奪取定軍山，張郃領兵前來迎戰。黃忠與陳式兩下夾攻，混戰一陣，張郃敗走。忽然山旁殺出一支人馬，擋住去路；為首的一員大將，大喊：“常山趙子龍在此！”張郃大驚，帶領敗軍奪路朝定軍山逃去。隻見前麵一支軍隊迎來，正是杜襲。杜襲說：“如今定軍山已經被劉封、孟達奪取了。”張郃大驚，於是和杜襲帶領敗軍到漢水紮營；一麵派人飛速報告曹操。
曹操聽說夏侯淵戰死，放聲大哭，這才領悟管輅所說的：“三八縱橫”，指的是建安二十四年，“黃豬遇虎”，指的是己亥年正月，“定軍之南”，指的是定軍山之南，“傷折一股”，指的是夏侯淵與自己有兄弟般的情誼。曹操派人尋找管輅，卻不知他去了哪裡。曹操對黃忠恨之入骨，於是親自統領大軍，到定軍山為夏侯淵報仇，命令徐晃作為先鋒。行軍到漢水，張郃、杜襲迎接曹操。二將說：“如今定軍山已經失守，可以把米倉山的糧草轉移到北山寨中屯積，然後再進兵。”曹操同意了。
再說黃忠斬了夏侯淵首級，來到葭萌關上拜見劉備獻功。劉備非常高興，加封黃忠為征西大將軍，設宴慶賀。忽然牙將張著前來報告說：“曹操親自率領大軍二十萬，來為夏侯淵報仇。如今張郃在米倉山搬運糧草，轉移到漢水北山腳下。”諸葛亮說：“如今曹操率領大軍來到這裡，恐怕糧草不夠，所以按兵不進；如果能有一人深入敵境，燒毀他們的糧草，奪取他們的輜重，那麼曹操的銳氣就會受挫。”黃忠說：“老夫願意擔當此任。”諸葛亮說：“曹操可不是夏侯淵能比的，不可輕敵。”劉備說：“夏侯淵雖然是總帥，但隻是一個有勇無謀的人，怎麼比得上張郃？如果能斬殺張郃，勝過斬殺夏侯淵十倍。”黃忠激動地說：“我願意去斬殺他。”諸葛亮說：“你可以和趙子龍一同帶領一支軍隊前去；凡事要商量著辦，看誰能立功。”黃忠答應後便準備出發。諸葛亮就任命張著為副將一同前往。
趙雲對黃忠說：“如今曹操率領二十萬大軍，分屯十個營寨，將軍在主公麵前主動要去奪糧，這可不是小事。將軍打算用什麼計策？”黃忠說：“看我先去，怎麼樣？”趙雲說：“等我先去。”黃忠說：“我是主將，你是副將，怎麼能先爭著去？”趙雲說：“我和你都是為主公出力，何必計較？我們二人抓鬮，抓到的先去。”黃忠同意了。當時黃忠抓到先去。趙雲說：“既然將軍先去，我一定相助。我們可以約定時間。如果將軍按時回來，我就按兵不動；如果將軍過了時間還沒回來，我就帶領軍隊去接應。”黃忠說：“你說得對。”於是二人約定以午時為限。趙雲回到本寨，對部將張翼說：“黃漢升約定明天去奪糧草，如果午時還不回來，我就前去相助。我們營寨前臨漢水，地勢危險；我如果去了，你要謹慎地守住寨柵，不可輕易行動。”張翼答應了。
再說黃忠回到寨中，對副將張著說：“我斬了夏侯淵，張郃嚇破了膽；我明天奉命去劫糧草，隻留下五百士兵守營。你要協助我。今夜三更，所有人都要吃飽；四更離開營寨，殺到北山腳下，先捉住張郃，再劫糧草。”張著依令行事。當夜黃忠率領人馬在前，張著在後，偷偷渡過漢水，一直來到北山腳下。東方日出時，他們看到糧草堆積如山。隻有少量軍士看守，這些軍士見蜀兵來了，都棄糧逃走。黃忠命令騎兵全部下馬，取來柴草堆在米糧上麵。正要放火時，張郃的兵馬趕到，與黃忠混戰在一起。曹操得知消息，急忙命令徐晃前去接應。徐晃領兵前進，將黃忠圍困在核心。張著帶領三百士兵突圍逃走，正要回寨，忽然一支軍隊殺出，攔住去路；為首的大將，是文聘；後麵曹兵又趕到，把張著也圍住了。