建安二十年（215年），正旦（正月初一）时候，马超妾董氏的弟弟董种来向马超恭贺新年，马超捶胸吐血而说：“家门百口余人，全部被杀害，如今我们两个还有什么好相庆祝的？”夏，刘备听说马超要来投，高兴的说道：“我得到益州了！”于是派人去迎接马超，且偷偷把自己的一支军队给马超，让马超率兵合围成都。马超率领兵马径直到成都，屯兵于城北，城中所有人都因为马超威名而惊恐，不到十天的时间，成都军民就崩溃了，刘璋随即开城投降。刘备平定西川后，任命马超为平西将军，并命其督临沮军事，还以之前的都亭侯。
建安二十二年（217年），十月，刘备与曹操争霸于汉中之地，马超与张飞、吴兰等将领屯兵于下辩，氐族雷定七部万余人响应马超。
建安二十三年（218年），正月，张飞与马超率领吴兰、雷铜等临沮水，想要借此攻打武都、阴平两郡。吴兰、雷铜皆被曹洪、骑都尉曹休、雍州刺史张既等击破，吴兰部将任夔战死，阴平氐王强端逆斩吴兰，把首级献给曹军。三月，曹操亲提大军来争夺汉中，刘备据守，马超与张飞引兵退回汉中。
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