诸葛亮率三路大军来增援，并且连连得手，这让成都的刘璋坐卧不安，刘璋原来还指望坚守一阵子让刘备知难而退，现在看来这一切都不可能了。
汉献帝建安十九年（214）夏，在诸葛亮、张飞、赵云等各路有生力量的策应下，刘备终于将雒城攻破。之后刘备率军进抵成都，诸葛亮等几路人马也完成了各自任务，先后到达成都城外，在此会师。
事已至此，刘璋却仍不愿投降。可见人都有一种本能，这与求生的本能类似，是对权力的渴望。直到这时刘璋才更加清醒地意识到，权力是个多么宝贵的东西，而他即将失去这一切。更可怕的是，刘备会怎么处置自己，刘璋不知道。是像袁绍对待韩馥那样，还是像曹操对待刘琮那样？人家韩馥、刘琮还都是主动让权的，而自己把事情弄成了现在这样，结局肯定不如他们。刘璋越想越害怕，索性豁出去，干脆来个闭门不战也不降。
这时发生了一件事，压垮了刘璋集团的最后一点斗志，这就是马超主动投奔刘备。马超是凉州军阀马腾之子，赤壁之战后，马超联络了一些反对曹操的势力，在关中起兵，曹操亲征关中，双方打了一场潼关之战，马超大败，先逃往凉州，后来又被赶到了汉中。这些年，马超一直寄身于汉中的张鲁。张鲁任命马超为都讲祭酒，张鲁祖孙三代居汉中，以五斗米教治国，所有官职都带有宗教色彩，其最高职务是大祭酒，由张鲁本人担任，有人认为都讲祭酒仅次于大祭酒，但缺乏史料依据。不管怎么说，张鲁对马超还是相当不错的，甚至想把女儿嫁给马超（欲妻之以女），这时有人劝阻道：“如果连自己的亲人都不爱，怎能去爱别人？”
马超在关中起兵时，留在邺县的父亲马腾及全家上百口人被曹操所杀，外界多不批评曹操的残暴，反而对马超做事鲁莽置家人于死地而很有看法，这是因为凡事讲因果，马超起兵在先，而一家人被杀在后，对此马超也无法争辩。此外，马超由于虑事不周，还致妻子杨氏及儿女都死在了凉州，所以有人提醒张鲁，跟着马超没有好结果。
张鲁想想，打消了收马超为婿的念头。此后，马超在汉中其实很难受，不受重视，备受猜忌，身边又没有多少亲人。马超有一个姓种的妾，这个妾有个弟弟在关中，后来到了汉中投奔马超，过年时别人家都在团圆，马超身边只有这个小舅子陪他。小舅子为他祝酒，马超悲从中来，捶胸痛哭，以致吐血（搥胸吐血），马超痛苦地对他的小舅子说：“一家上百口人死于一旦，仅剩咱们两个，还有什么可贺的呀（阖门百口，一旦同命，今二人相贺邪）？”
孤独、悲痛还好说，忍着就行，但马超在汉中的处境很不妙，张鲁手下过去最得势的人是杨昂，他担心马超威胁自己的地位，所以对马超很不友好，还有一个将领叫杨白，也忌妒马超的才能，想害他。
马超有些害怕，不敢在汉中待下去，找了个机会跑到了汉中郡西边的武都郡，又从那里逃回氐中，但曹魏的雍州刺史部设立后，包括陇西在内的昔日凉州刺史部所有地方都已成了曹操的控制区，马超根本无法立足。天下之大，竟然没有一代名将马超的立身之所，思来想去，马超觉得只有刘备有可能收留自己，于是辗转到了益州。
马超来得很是时候，刘备大喜过望，忙派人去迎接。马超此行应该没带几个人，他在汉中新纳的妻子董氏以及儿子马秋还在张鲁手里，他的爱将庞德也没有随行，总之来得很匆忙，或者说有点狼狈。诸葛亮认为这都无所谓，现在要的是马超的名气，有这一点就够了。没有兵好办，诸葛亮建议悄悄给马超增兵，对外说是马超带来的，让他们屯驻于成都城北，然后宣称马超带着凉州兵前来助战。
成都城内原本物资储备充足，粮食吃两年都没问题（谷支二年），而大家都愿意死战（吏民咸欲死战）。但现在听说名将马超和勇猛异常的凉州军来了，斗志终于彻底瓦解。就连刘璋父子一向十分敬重的名士许靖都想到了投降，许靖此时担任蜀郡太守，该郡是益州第一郡，成都就在其管辖之下。许靖虽然是个知识分子，但为了逃生也有惊人的勇气和体力，他逃跑的方式很勇敢，就是翻城墙逃出去投降刘备（将逾城降）。不过到底是知识分子，智则智矣，力有未逮，许靖被发觉，让人抓了起来。刘璋倒也没生气，也没杀他，因为刘璋知道此城已危在旦夕，他要是许靖，也会这么做。
刘璋终于想到了投降，对左右说：“我们父子在益州20多年，对百姓没什么恩德，却给大家带来3年的战乱（父子在州二十余年，无恩德以加百姓，百姓攻战三年），百姓饥荒露宿，死于道途，这些都是因我而起，让我何以心安？”
刘璋决心投降，派张裔出城，作为自己的谈判代表去见刘备。刘璋的条件很简单，只要保证自己及一家人的安全，他愿意和平让出成都。张裔就是在柏下与诸葛亮有过一战的那个人，刘备和诸葛亮见了他很高兴，强攻只能把成都打烂，尸横遍野只能在士民中增加仇恨，刘备更看中益州的未来，对于刘璋提出的条件他都答应，向张裔表示，只要刘璋出城投降，一定会对他充分尊重并做出适当安排（礼其君而安其人）。
刘备命简雍随张裔一道进城，向刘璋当面重申自己的承诺。简雍在刘备手下，对重大决策发挥的作用一般，但他风度翩翩，谈吐不凡，很适合担任大使一类的角色。刘璋见到简雍，悬着的心放下了一半，他下令即刻出城，向刘备请降。刘璋请简雍与自己同乘一车（璋遂与雍同舆而载）出城，刘璋的手下见此情景，不禁流下泪来（群下莫不流涕）。
刘备兑现了自己的承诺，把刘璋及其家人迁往南郡的公安居住，归还其财物，其中包括振威将军的印绶。振威将军是曹操以汉献帝名义任命刘璋的职务，刘备归还其印绶，意思是承认他仍然挂着振威将军的头衔。刘璋有两个儿子，长子刘循，次子刘阐。刘璋曾多次命刘循率兵抗拒刘备，但他又是庞羲的女婿，庞羲在益州势力很大，刘备占有益州，也得与庞羲合作，故而把刘循留了下来，让刘璋只带刘阐去了公安。刘备后来继续重用庞羲，并任命刘循为奉车中郎将。刘璋带着小儿子刘阐到公安过起了寓公生活，虽然没有自由，倒也生活得平静。
