绵竹大胜之后，刘备继续向南推进。益州的高级将领纷纷投降，刘璋开始感到形势危急，认为谁都靠不住，最终决定派遣长子刘循带领万余人驻守雒城（即今四川省广汉市，离成都不到百里）。唯一仍然忠诚于刘璋的老将张任在雁桥与刘备展开激烈阻击，但最终败北被俘。刘备早就听说张任在益州军中威望很高，希望能劝说他投降，但张任誓死不降，并慷慨激昂地说道：老臣终不复事二主！无奈之下，刘备只能将张任处决，继续指挥军队攻城。刘循誓死抵抗，攻城战异常激烈。 庞统来到前线观察形势时，不慎中了冷箭，最终因伤重不治去世，年仅36岁。刘备痛失良将，悲痛欲绝，几乎每次开口说话都会泪流满面。庞统的死几乎改变了蜀国的未来。刘备此行入蜀，庞统扮演了极为重要的角色。法正曾在私下里向刘备献计，希望他趁机夺取益州。刘备犹豫不决，迟迟未能做出决定。庞统则劝道：荆州已经荒芜，人才流失殆尽。东有孙权，北有曹操，荆州的未来难以有所作为。而益州土地肥沃，物产丰富，如果能够夺取益州作为根基，未来定能成就大业。庞统的建议与诸葛亮的思路不谋而合。刘备的顾虑是：如今与曹操水火不容，我宽厚仁慈，曹操暴虐，我就仁爱待人，曹操狡诈，我便忠诚待他。凡事与曹操相反，才有了今天的成就。若为了夺益州而失去天下人的信任，是否可行？庞统安抚道：乱世之中，应该随机应变，而不是墨守成规。吞并弱小，攻击暗昧，逆取顺守，是古人所提倡的做法。等事定之后，再归还一块土地给刘璋，谁还能说您失信？最终，庞统说服了刘备，刘备决定攻取益州。

当张松被揭发后，刘备与刘璋彻底撕破脸，庞统再次为刘备提出三种方案：1、派遣精兵，昼夜行军，突然袭击成都；2、先占领白水关，诱敌深入，将守关的将领杨怀、高怀生擒，再裹挟白水关的益州军南下攻取成都；3、暂时退回白帝城，与荆州联络，等待时机再进攻。涪城大捷后，刘备一时得意，举行盛大的宴会庆祝。庞统却提醒他：把讨伐敌国当作享乐并非仁者之兵。刘备怒斥道：武王伐纣，前歌后舞，难道不是仁义之师吗？你说得不对，快出去！庞统于是起身退场，但刘备随即后悔，叫他回来，两人最终一笑而过。刘备最终凭借庞统的建议，打破了益州军的士气，稳住了战局。 庞统的去世让刘备失去了一个重要的谋士，而益州的局势也变得更加复杂。在益州北部，双方势均力敌，刘璋仍保有相当的实力。

益州南部的几个大郡如永昌郡、益州郡、越巂郡等，因地理偏远，大多数郡守由当地豪族担任，他们虽然没有出兵支持刘璋，但仍然在为成都提供粮草。刘璋和刘备如果形成长期对峙，曹操很可能会趁机从关中南下，刘备将陷入腹背受敌的困境。刘备权衡再三，决定调集荆州主力参战，令诸葛亮、张飞、赵云等人率军入蜀，留关羽守荆州。如果庞统还在，诸葛亮可能就不需要亲自出征，甚至雒城短期内可能都能攻破，刘备的战略形势会大为不同。 刘备的信中明确表示，入川总指挥为诸葛亮，虽然张飞是征虏将军，赵云是偏将军，而诸葛亮只是军师中郎将，但刘备依然将总指挥权交给了诸葛亮，这既是对诸葛亮能力的认可，也是对他深厚的信任。诸葛亮得知刘备心急如焚，便让张飞率先出发，随后他和赵云沿长江西进，向益州进发。

张飞率军首先攻占巴东郡，然后继续推进，攻破巴郡，将郡治江州包围。巴郡太守严颜奋力抵抗，双方展开激烈战斗，最终张飞获胜并生擒严颜。面对张飞的威胁，严颜毫不畏惧，反驳道：是你们侵占我们的土地，我州只有死战之将，没有投降之将！张飞愤怒之下，准备斩杀严颜，但被其坚定的气节所打动，最终将他释放，并尊其为宾客。 诸葛亮与赵云随后赶到，决定兵分三路，三人分别从三条江流入川。诸葛亮之所以没有急于去支援刘备的雒城，是因为直接进攻雒城可能会遭遇困难，而刘璋的士气已经受到重创，益州其他郡县的兵力薄弱，正是攻占这些地区的好时机。刘璋的压力与日俱增，最终，他收到了法正劝降的信，深感困惑，决定放弃继续抵抗。

刘璋最终选择派遣谈判代表张裔前往与刘备接洽，条件是确保自己及家人的安全，愿意和平投降。刘备承诺不加害刘璋，并派简雍与张裔一起进入成都，确保刘璋的安全。刘璋出城后正式投降，刘备兑现了承诺，迁移他及家人至南郡公安，并归还财物。刘备得到了益州，但此时曹操和孙权已开始对其构成巨大威胁，蜀汉的未来局势变得更加紧张。