建安十六年（211年）， 劉璋聽說曹操準備派兵到漢中征討張魯， 心中恐懼。 於是， 劉璋聽從了張松之言， 立刻派法正率部隊迎接劉備。 劉璋的主簿黃權表達了反對的意見， 可是沒有被劉璋所採納。
劉備從江陵率軍趕到涪城， 劉璋率領步、騎兵三萬多人， 車駕幔帳， 光耀奪目， 前往與劉備相會。 在涪城之會中， 劉備所率將士依次前迎， 大家歡聚宴飲百餘日。 劉璋以大批物資供助劉備， 讓他去討伐張魯， 然後兩人告別。
建安十七年（212年）， 劉備進駐葭萌。 張松的哥哥廣漢太守張肅害怕災難臨頭， 就把張松的圖謀稟告了劉璋， 劉璋將張松收捕除掉， 下令所有關隘的守衛部隊封鎖道路。 劉備大怒， 掉轉兵力攻打劉璋。 雙方戰/爭歷時近三年， 在此期間， 劉璋部下除掉了劉備的謀士龐統， 使得劉備陷入苦戰。 後來諸葛亮、張飛、趙雲三路援軍由荊州支援劉備。
建安十九年（214年）， 劉備進兵包圍成都，
一、劉璋性格軟弱， 並具有善良的一面我們常說「性格決定命運」， 對於劉璋來說， 自然也不例外。
益州之戰中， 劉備攻陷雒城。 劉璋召集部下商議對策。 對此， 從事鄭度獻策曰：「今劉備雖攻城奪地， 然兵不甚多， 士眾未附， 野穀是資， 軍無輜重。 不如盡驅巴西梓潼民， 過涪水以西。 其倉廩野穀， 盡皆燒除， 深溝高壘， 靜以待之。 彼至請戰， 勿許。 久無所資， 不過百日， 彼兵自走。 我乘虛擊之， 備可擒也。 」
對於鄭度來說， 他的計策非常簡單， 就是依靠堅壁清野， 以此迫使劉備撤出益州。 值得注意的是， 劉備聽說鄭度的計謀後， 感到憤怒驚恐， 趕忙詢問法正。
法正回答說：「劉璋最終不會聽的， 沒有什麼好擔心的。 」劉璋果然像法正所說那樣，
並且， 等到劉備大軍包圍成都的時候， 劉璋說：「我父子在益州二十多年， 沒有給百姓施加恩德， 卻打了三年， 許多人倒在草莽野外， 只是因為我的緣故。 我怎麼能夠安心！」於是打開城門， 出城投降， 部下沒有不哭的。
誠然， 劉璋還擁有精兵3萬， 只要繼續抵抗下去， 完全有機會贏得轉機， 比如等到曹操、孫權、張魯等諸侯的介入等。 但是， 在此期間， 劉璋需要承受巨大的傷亡代價。 對此， 因為自身的性格問題， 劉璋難以狠下心來， 自然也就不會繼續抵抗了。
二、部下的倒戈和陣亡， 讓劉璋備受打擊在益州之戰爆發前， 劉璋得知張松背叛自己的情況。 雖然他除掉了張松， 可是， 法正和孟達這兩位部下， 已經歸降到劉備麾下了。
在劉璋率先發難之後， 劉備召白水督楊懷、高沛，責備他們對客人無禮，把這兩人除掉。劉備率領軍隊直接進駐關頭，吞併了楊懷、高沛的部隊。繼續進軍，佔領涪城。由此，對於楊懷、高沛這兩位部下來說，走得實在太冤枉了，這自然讓劉璋痛惜不已。
益州之戰的過程中，劉璋派部將劉璝、泠苞、張任、鄧賢、吳懿等抵抗劉備，都被擊敗，退守綿竹，吳懿、吳班兄弟向劉備大軍投降。值得注意的是，吳懿、吳班兄弟的妹妹吳氏，嫁給了劉璋的兄長劉瑁。所以，他們和劉璋存在姻親關係。結果，這自然阻擋不了吳懿、吳班兄弟的背叛。
在此背景下，劉璋又派護軍南陽人李嚴、江夏人費觀統帥駐在綿竹的各路軍馬，但李嚴、費觀也率領自己的部下向劉備投降。劉備軍隊的勢力更加強大，分派部下將領去佔領周圍各縣。其中，就費觀來說，家族費氏為江夏大族，費觀家族與劉焉家族世代交好，費觀族姑嫁予劉焉為正妻，為劉焉生下四子。而劉璋也將女兒嫁予費觀。其胞兄字伯仁，被劉璋遣使迎入蜀中。到了這個時候，劉璋可以說是眾叛親離了。
不久之後，劉璝、張任與劉璋的兒子劉循退守雒城，劉備進軍把雒城圍住。張任率軍出城，在雁橋與劉備軍大戰，張任戰敗，最終戰死沙場。對於張任來說，可謂是劉璋麾下的一員猛將，並且，他對劉璋更是忠心耿耿。現在，張任的離去，自然又讓劉璋受到巨大的打擊和挫折，從而加快劉璋做出投降的決定。
此外，在西元213年，劉備進攻並包圍了雒城，劉璋的兒子劉循率軍抵抗，堅守近一年。結果，劉備還是攻克雒城，並拿下了劉循。作為一位父親，兒子被拿下的消息，同樣是一個晴天霹靂了。雖然劉備沒有除掉劉循，可是，劉璋如果在成都堅守下去，難保劉循不會有性命之憂。
三、馬超的到來，成為壓垮劉璋的最後一根稻草
《資治通鑒》中記載：馬超知張魯不足與計事，又魯將楊昂等數害其能，超內懷於邑。備使建甯督郵李恢往說之，超遂從武都逃入氐中，密書請降於備。備使人止超，而潛以兵資之。超到，令引軍屯城北，城中震怖。
益州之戰進行的時候，馬超依附於割據漢中的張魯。對於馬超來說，知道張魯是個不值得與其計議大事的人，張魯的部將楊昂等人又多次詆毀他的才能，因此心中憂鬱。劉備派建甯督郵李恢前去遊說馬超，馬超便從武都逃到氐人部落，秘密寫信給劉備請求歸降。劉備派人制止了馬超，但暗中派兵給以幫助。馬超來到成都，劉備命他率軍駐紮在城北，成都城內的人非常震驚，心中恐懼。
值得注意的是，劉備暗中派遣一支兵馬給馬超，然後讓馬超率軍來到成都，自然會讓劉璋更加害怕了。因為馬超之前投靠到張魯麾下，這會讓劉璋誤解為張魯已經和劉備聯手了。並且，馬超本來就是涼州一帶的猛將，成都城中的百姓和將士，不少也知道馬超的名聲，現在他的加入，讓劉備一方可謂如虎添翼。
此外，在放棄抵抗之後，劉備將劉璋遷移到了荊州，並將財物歸還於他，再佩振威將軍印信。對於劉備來說，讓劉璋繼續留在益州，還是存在一定風險的。建安二十四年（219年），東吳孫權趁關羽北伐之際，派遣呂蒙、陸遜襲擊荊州，劉璋因此歸降到了東吳一方，被孫權任命為益州牧，居於秭歸縣，劉璋大約在西元221年後離去。
劉備召白水督楊懷、高沛，責備他們對客人無禮，把這兩人除掉。劉備率領軍隊直接進駐關頭，吞併了楊懷、高沛的部隊。繼續進軍，佔領涪城。由此，對於楊懷、高沛這兩位部下來說，走得實在太冤枉了，這自然讓劉璋痛惜不已。
益州之戰的過程中，劉璋派部將劉璝、泠苞、張任、鄧賢、吳懿等抵抗劉備，都被擊敗，退守綿竹，吳懿、吳班兄弟向劉備大軍投降。值得注意的是，吳懿、吳班兄弟的妹妹吳氏，嫁給了劉璋的兄長劉瑁。所以，他們和劉璋存在姻親關係。結果，這自然阻擋不了吳懿、吳班兄弟的背叛。
在此背景下，劉璋又派護軍南陽人李嚴、江夏人費觀統帥駐在綿竹的各路軍馬，但李嚴、費觀也率領自己的部下向劉備投降。劉備軍隊的勢力更加強大，分派部下將領去佔領周圍各縣。其中，就費觀來說，家族費氏為江夏大族，費觀家族與劉焉家族世代交好，費觀族姑嫁予劉焉為正妻，為劉焉生下四子。而劉璋也將女兒嫁予費觀。其胞兄字伯仁，被劉璋遣使迎入蜀中。到了這個時候，劉璋可以說是眾叛親離了。
不久之後，劉璝、張任與劉璋的兒子劉循退守雒城，劉備進軍把雒城圍住。張任率軍出城，在雁橋與劉備軍大戰，張任戰敗，最終戰死沙場。對於張任來說，可謂是劉璋麾下的一員猛將，並且，他對劉璋更是忠心耿耿。現在，張任的離去，自然又讓劉璋受到巨大的打擊和挫折，從而加快劉璋做出投降的決定。
此外，在西元213年，劉備進攻並包圍了雒城，劉璋的兒子劉循率軍抵抗，堅守近一年。結果，劉備還是攻克雒城，並拿下了劉循。作為一位父親，兒子被拿下的消息，同樣是一個晴天霹靂了。雖然劉備沒有除掉劉循，可是，劉璋如果在成都堅守下去，難保劉循不會有性命之憂。
三、馬超的到來，成為壓垮劉璋的最後一根稻草
《資治通鑒》中記載：馬超知張魯不足與計事，又魯將楊昂等數害其能，超內懷於邑。備使建甯督郵李恢往說之，超遂從武都逃入氐中，密書請降於備。備使人止超，而潛以兵資之。超到，令引軍屯城北，城中震怖。
益州之戰進行的時候，馬超依附於割據漢中的張魯。對於馬超來說，知道張魯是個不值得與其計議大事的人，張魯的部將楊昂等人又多次詆毀他的才能，因此心中憂鬱。劉備派建甯督郵李恢前去遊說馬超，馬超便從武都逃到氐人部落，秘密寫信給劉備請求歸降。劉備派人制止了馬超，但暗中派兵給以幫助。馬超來到成都，劉備命他率軍駐紮在城北，成都城內的人非常震驚，心中恐懼。
值得注意的是，劉備暗中派遣一支兵馬給馬超，然後讓馬超率軍來到成都，自然會讓劉璋更加害怕了。因為馬超之前投靠到張魯麾下，這會讓劉璋誤解為張魯已經和劉備聯手了。並且，馬超本來就是涼州一帶的猛將，成都城中的百姓和將士，不少也知道馬超的名聲，現在他的加入，讓劉備一方可謂如虎添翼。
此外，在放棄抵抗之後，劉備將劉璋遷移到了荊州，並將財物歸還於他，再佩振威將軍印信。對於劉備來說，讓劉璋繼續留在益州，還是存在一定風險的。建安二十四年（219年），東吳孫權趁關羽北伐之際，派遣呂蒙、陸遜襲擊荊州，劉璋因此歸降到了東吳一方，被孫權任命為益州牧，居於秭歸縣，劉璋大約在西元221年後離去。