威震华夏
建安二十三年（218年），太医令吉本、少府耿纪、司直韦晃等人谋反。但不久事情败露，几人被曹操所杀。曹操于是召曹仁行征南将军，讨伐关羽。曹仁镇守荆州期间，大肆征调徭役，荆州境内的军民苦不堪言。已经降曹20年的宛城百姓们最终被曹仁逼反，宛城守将侯音与卫开与吏民共同反曹，与关羽联合。曹仁率军前往平乱，于次年正月攻破宛城，将侯音斩杀，并屠城。
建安二十四年（219年），刘备军与曹操军相争汉中，魏将夏侯渊被刘备大将黄忠所斩。曹操亲提大军来争汉中，刘备据守，赵云又在汉水劫去粮草，曹操无奈只得退出汉中，刘备遂占据汉中。
同年七月，刘备自称汉中王，任命许靖为太傅，法正为尚书令，关羽为前将军，张飞为右将军，马超为左将军，黄忠为后将军，并派益州前部司马、犍为人费诗去关羽驻地授予关羽官印，关羽闻知黄忠地位和自己一样，愤怒地说：“大丈夫终不与老兵同列！”不肯接受任命。费诗对关羽说：“创立王业的人，所用的人不能都一样。以前萧何、曹参和汉高祖年幼时就关系很好，而陈平、韩信是后来的亡命之人；可排列地位，韩信位居最上，没有听说萧何、曹参对此有过怨恨。如今汉中王因为一时的功劳，尊崇黄忠，而在他心中的轻重，黄忠怎能和您相比呢！况且汉中王与您犹如一体，休戚相前，祸福与共。我认为您不应计较官号的高下，以及爵位和俸禄的多少。我仅是一个使者，奉命之人，您如果不接受任命，我就这样回去。只是我为您这样感到惋惜，恐怕您以后要后悔的。”关羽听了他的话以后，大为感动，醒悟过来，立即接受了任命。
而后关羽留南郡太守糜芳守卫江陵，将军傅士仁驻守公安，自己率领大军攻打襄阳的吕常和樊城的曹仁。关羽在交战之中，曾被魏将庞德射伤了额头。曹操从汉中战场撤出后，立即派遣于禁督率七军3万人救援樊城。此时，樊城尚未被关羽包围，曹仁命令于禁、庞德屯驻在樊北。[此后，开始连下起了十余日的霖雨，关羽利用汉水暴涨的机会水淹七军，然后乘船攻之，进而逼降于禁、擒获庞德。关羽欲任用庞德为将，但遭到拒绝，于是斩杀庞德。至此，救援樊城的魏军全军覆没，曹仁驻守的樊城也岌岌可危。关羽的军队乘船临樊城，围城数重。
同年十月，陆浑民孙狼等苦于徭役，叛上作乱，南附关羽。自许都以南的诸多山贼纷纷遥受关羽印号，为关羽的支党。甚至连曹魏的荆州刺史胡修、南乡太守傅方也投靠了关羽关羽的声势一度威震华夏。
败走麦城
建安二十四年（219年）末，曹操以为汉献帝在许，与关羽军相近，欲迁都避其锋芒，司马懿、蒋济等劝阻，认为孙权必然不愿看到关羽得志，可以用答应将江南封给孙权为条件让他从背后出兵攻击关羽。同时曹操派遣徐晃、赵俨等率军救援樊城，更准备亲自征讨关羽。
救援樊城的徐晃因兵力不足，认为很难与关羽抗衡，不过之后曹操先后派遣徐商、吕建等将领以及殷署、朱盖等十二营兵马增援徐晃。关羽在围头派有军队驻守，在四冢还有驻军。徐晃于是扬言将进攻围头，却秘密攻打四冢。关羽见四冢危急，便亲自率领步、骑兵五千人出战，徐晃迎击，关羽退走。关羽在堑壕前设围了十重鹿角，本来是非常坚固的防线，但因为徐晃对关羽紧追不舍，徐晃的追兵和关羽的败兵就一起进入了关羽对樊城的包围圈。于是，包围圈被打破，傅方、胡修都被杀死，关羽于是撤围退走，然而关羽的船只仍据守沔水，去襄阳的路隔绝不通。
起先，孙权曾派人为自己的儿子向关羽的女儿求婚，关羽辱骂来使，拒绝结亲，孙权十分恼恨。[2]关羽素来善待士卒，但对士大夫们却很骄横。[49]糜芳、士仁素来厌恶关羽的轻慢态度。当关羽领兵出征时，糜芳、士仁两处负责供应粮草军需，两人不悉心救助关羽。关羽放出话，说：“回去之后，就惩治他们！”糜芳、士仁听闻后，都恐惧不安。孙权听闻后，就暗中派人去诱降糜芳、士仁。孙权命吕蒙为主帅偷袭荆州，并亲自率军为后援。荆州重镇江陵守将麋芳（刘备的小舅子）、公安守将士仁因与关羽有嫌隙而不战而降。
此时关羽得知南郡失守后，立即向南回撤。回师途中，关羽多次派使者与吕蒙联系，吕蒙每次都厚待关羽的使者，允许在城中各种游览，向关羽部下亲属各家表示慰问，有人亲手写信托他带走，作为平安的证明。使者返回，关羽部属私下向他询问家中情况，尽知家中平安，所受对待超过以前，因此关羽的将士都无心再战了，士卒渐渐溃散，退至麦城。
建安二十四年（219年）的十二月（公历的220年1月中下旬和2月上旬），关羽率十余骑出逃，一路突围至距益州不过一二十里的临沮，遇潘璋部将马忠的埋伏，被擒，和长子关平于临沮被害。
关羽在北伐之前，曾经梦到猪在啮咬自己的脚，自知不祥，对关平说自己今年可能会遭遇噩运而回不到江陵了。到了年末，关羽果然被吴将吕蒙部下所杀。
孙权将关羽首级送给曹操，曹操以诸侯之礼将其安葬于洛阳，同时孙权则将关羽身躯以诸侯礼安葬于当阳，[54]即关陵，也称当阳大王冢。蜀汉在成都为关羽建衣冠冢，即是成都关羽墓，以招魂祭祀。因此民间也称关羽“头枕洛阳，身卧当阳，魂归故里”（或称“魂归山西”）。
景耀三年（260年）九月，蜀汉后主刘禅在追谥几位重要大臣时，追谥关羽为“壮缪侯”。他的儿子关兴继承了爵位。
景耀六年（263年），庞德之子庞会，随钟会伐蜀。蜀汉灭亡后，庞会将关羽全家杀害。