在张任的顽强死守之下刘备围攻了雒城近五个月仍旧没有任何明显的起色，诸葛亮和赵云、张飞的援军虽然前期的进展很大，但是由于他们的推进速度太快使得后方没有得到及时的稳固，在诸葛亮与张飞率军会师于汉安时，张鲁趁虚而入占据了巴东。
与此同时之前急忙驰援CD的守军也纷纷回撤抵抗荆州而来的军队，诸葛亮和张飞遭到了不断的阻挠，进军速度很快就被迟滞了下来，只有赵云率领三千人马沿着汉水自德阳、广汉一直到达了五城，进而与刘备会和东南包围了雒城。
眼看雒城危在旦夕，庞统十分清楚刘璋已经将大部分兵马都分向了汉安一代阻滞直扑CD的荆州援军，根本就没有多余的人马来支援张任，这样下去就算是百战名将也撑不了多久，而雒城一旦被攻破的话，那么蜀郡的北面门户就会被刘备彻底撕开。
庞统意识到如果刘备一旦包围CD，那么以刘璋的性格他一定会献城投降的。
早在刘备从北面开始进攻雒城之时，庞统就想到了一个计划可以将刘备彻底解决，但是他顾虑这个计划风险太大所以犹豫不决，但是现在赵云也赶到了自己根本就没有选择权。
对，只能将所有的赌注押在这一次了...
针对久攻雒城不下的不利战况，刘备特地找庞统和法正来商议这件事，对此法正提议派出劝降使者，前去雒城劝服张任献城归降并予以厚待。
本来庞统担心频出奇招的法正会献出什么锦囊妙计来攻破雒城，见他这么一说庞统就放心了，因为他十分了解张任的为人，就算是刘备将整个益州送给张任也不会动摇他的分毫的决心，更不要说什么高官厚禄了。
结果也确实如庞统所预见的那样，张任将刘备派往城中的使者斩杀并将头颅送还给刘备。这令刘备大为光火，他怒斥法正献出了这样的馊主意以至于让自己蒙受屈辱，并将法正贬到了赵云的军队之中担任军司马，从此冷落了法正。
这下子庞统成了刘备手底下唯一可以拿得上台面的谋士了，刘备也因此更加仰仗他：
“军师，雒城要是再不拿下的话，我恐怕荆州会生变，不知军师有何良策？”
此时的庞统正等着刘备问计于自己，他表面上认可了刘备的顾虑，并提出了攻城奇策：
“雒城北邻洛水，北方和东方都是一马平川，主公和赵将军从这两面进攻势必会陷入长期的消耗战当中，我近日观察地图发现雒城西南有一条鲜为人知的山道，从那里可以绕到雒城的后方从制高点对雒城发起进攻。”
刘备在庞统的指划之下也发现了这条极不明显的道路，他因此惊喜异常：
“现在魏延和黄忠正在攻打雒城北面，赵云和李严攻打东面，若是抽调他们任何一个人的话都会引起张任的警觉，不如这样，我亲自率领一支骑兵自山道突袭，到那时张任必定陷入混乱，我们三面合击雒城必破！”
而庞统却认为这样不妥，他对刘备说：
“张任并非是粗莽武夫，况且在蜀中多年想必也会熟悉蜀郡地形，倘若在山道之中埋有伏兵的话恐怕主公会十分危险。不如这样，由我率领一支人马去走山道，主公率领另一支人马佯攻雁桥，这样一来张任见主公亲临必定能够吸引他的注意力，也能为我争取时间。”
左思右想之后刘备认为庞统这样实在太过冒险：“军师前去万一中了埋伏如何呢？”
庞统笑道：“主公不需多虑，此行可保万无一失。”
最终刘备勉强同意了庞统的意见，当天夜里庞统秘密放飞信鸽，将刘备会亲自率领人马攻打雁桥的计划告诉了张任，并提醒张任不要顾虑山道之内的疑兵，直接将所有作战的主力全部投放在攻打刘备之上。
张任看后惊讶之余立刻将所有的注意力全部放到了雁桥方向，为了能够生擒刘备张任决定亲自率军前往，但是张任仔细一想认为这个消息是真是假还没有确定，所以决定暂时观望。
第二天，刘备率领本部兵马向雁桥进发，临行前庞统的坐骑不知道为什么突然间猝死，刘备为了表示对庞统的器重和感谢，将跟随自己多年的的卢马赠与庞统。
两人拜别后分别领军朝着各自的目的地进发，当刘备来到雁桥附近时，站在城楼上的张任看到骑着高大黑马的刘备堂而皇之向自己走过来。正当这时张任身旁的副将对他说：
“听闻刘玄德胯下是白鬃的卢马，怎么今日改乘黑马了？”
由于距离太远张任根本看不清刘备的长相，很快他事先埋伏在山道里的伏兵就传来了密报：有一小队人马正沿着狭长的山道行走，目前意图不明。
本来为了打消张任的顾虑，这支人马的出现庞统早就在书信之中言明。
但是接下来伏兵传来的报告彻底改变了庞统的加护：
为首者所骑乃是高头白马，很像刘备的坐骑的卢。
张任立刻意识到了自己“中计”了，他认为真正想要攻打雒城的刘备在山道之中，于是他紧急将配备强攻硬弩的人马开赴到山道之中，意图用乱箭将刘备射死在山道之内。
庞统骑着刘备赠与自己的的卢马走在山道中，很快他便敏锐的察觉到了周遭的山头之上有很明显的异动，庞统感觉事情似乎有所不妙，然而此时发现对于他来说已经太晚了...
驻守与山道之中的刘循一声令下，所有的弓弩手射出了数千支羽箭所汇集而成的箭雨，而这些的目标对准的，全部都是骑着刘备坐骑的庞统...
确认了来者不是刘备之后，张任并没有贸然出动城中的全部伏兵，而是自己率领一千余人的兵马前去击退他们。然而当张任刚刚到达雁桥后，瞬间四面八方突然出现了震天撼地的喊杀声，这时张任才看清来犯的真的是刘备。
不仅如此，早在张任有所防备之前刘备便已经和法正偷偷将攻打东门的赵云调至雁桥埋伏，本来按照庞统的计划应当将刘备团团包围，现在因为情报的错误而反让张任陷入了刘备和赵云的前后夹击之中。
兵力不占优的情况张任仍旧凭借自己高超的武艺和精湛的枪法，与赵云对峙数十回合不分胜负。然而周遭的士兵却没有张任这样坚强的毅力和武艺，或战死或投降。
渐渐的喧嚣的杀戮声越来越少，缺少强攻硬弩的城防军没有办法给张任军任何有力的支援，一个时辰后抵抗的只有张任一人，刘备的士兵将张任团团包围。
就在张任分神之际赵云抓住了机会一枪将他扫落马下，士兵们纷纷上前用长枪架住了张任，将其押送到了刘备的面前。
刘备知道张任的武艺和治军之能可以与赵云比肩，心存招募之心。然而张任却拒绝了刘备和赵云的先后劝降一心求死，为了避免放虎归山和尽快拿下雒城，刘备下令将张任处死。
没有张任的雒城再也难以坚持下去，赵云沿着雁桥向雒城发起猛攻，李严和魏延、黄忠等人趁着城中的主力都埋伏在山道之际，对雒城三面合围，雒城被攻陷，刘璋之子刘循被俘。
进入雒城之后刘备收到了山道幸存下来的士卒急报：
庞统遇伏身亡...
事实上早在庞统进入刘备阵营后不久，诸葛亮就隐隐觉察出他并不是真心为刘备效忠，但是他只是将这种怀疑放在心中，直到法正到来后庞统一力建议刘备突袭益州，诸葛亮才真正确定了庞统的意图，所以他暗中与刘备、法正密谋在刘备率军入川后先是假装贬谪法正、重用庞统，而后利用庞统所献疑兵之策将庞统置于山道之中。
表面上被贬谪的法正暗地里收买了张任身边的副将，在刘备进军时故意将的卢之事告诉张任，使得张任产生了怀疑从而将城中守军的主力全都埋伏于山道。
虽然庞统一心想要置刘备于死地，但是他毕竟是刘备明面上的军师中郎将，地位等同于诸葛亮，所以刘备并没有将庞统的真实意图和身份公之于众，而是将庞统遇难之地改为落凤坡，并且亲自将其安葬于落凤坡内，立碑祭拜。
雒城失守使得CD的北面门户洞开，刘璋不得已将防御诸葛亮和张飞的人马再度调回CD，之后诸葛亮和掉头东进的赵云夹击江阳、犍为，张飞也攻克了巴西的战略要地阆中，挥师进抵德阳，至此刘璋彻底失去了蜀郡周遭的所有郡县，刘备已经兵临CD了。
令刘璋感到绝望的是先前投靠张鲁的马超日夜想着反攻陇上，因此说服张鲁拨与兵马进攻祁山，然而却被夏侯渊和张郃所击败。之后他备受杨昂等人的排挤压迫，加上他早就看出了张鲁不是个能救成就大事的人，于是在李恢的劝说之下率兵离开汉中投靠了刘备。
得到马超之后刘备的声望更大，而CD内的气氛却糟糕到了顶点，被长期包围的军民都开始人心惶惶。这时法正写信劝降刘璋，起初刘璋并没有给予明确的答复，法正和诸葛亮对刘备说没有答复就代表刘璋内心在动摇，不出半月必定会投降。
半月后诸葛亮派遣简雍进入CD再度劝降，并且归还了先前俘虏的刘璋之子刘循，这彻底击溃了刘璋最后的防线，他决定接受刘备的劝降。
此时黄权等人认为虽然益州绝大多数的领地已经落入了刘备的手中，但是他刚刚占据了这么大的底盘一时间必定难以消化。而CD的粮草和供给和坚固城防足以支撑一年，到那时时局必定有变，所以刘璋完全没有必要投降刘备。
可是刘璋想到因为自己的昏聩无能才招致今天的局面，自己根本就没有这个能力统领益州，既然刘备有这个志向和能力，只要他善待百姓又都是刘姓子孙，谁来都是一样的。
最终刘璋开城献降，刘备特地嘱咐简雍不需要绑缚刘璋也不许对他无礼，于是刘璋与简雍一同乘车开出了CD北门，刘备接受了CD以及整个蜀郡之后，将刘璋软禁于荆州的公安。
至此，长达近三年的益州之战已经基本宣告结束，刘备在占据了荆州大部分领土的情况下又鲸吞了几乎整个益州全境，所控制的地域已经超过了孙权，一跃成为了足以和曹操独立抗衡的一方诸侯了。