此時，樊城外仍然處於膠著狀態，關羽圍城很急，勢在必得，而最快增援來的曹軍目前只有徐晃一支，他們進抵到偃城。徐晃認為現在是一支孤軍，不足以解曹仁之圍。然而各位將領解圍心切，對徐晃多有指責（諸將呼責晃，促救仁）。
以議郎的身份任曹仁軍事參謀的趙儼此時也在場，他勸各位將領說：「現在敵人圍得很緊，而大水還沒有退，我軍勢單力薄，與曹仁將軍又不通音訊，不能統一行動，不如慢慢靠前，設法與城內聯絡上，讓城裡知道我們來了，激勵士氣。我軍的後續部隊最多不過十來天就可到達，想必城內還能堅守，到那時內外齊發，必得破敵。」並且趙儼表示，將來如果追究救援遲緩的責任，由他一個人承擔（如有緩救之戮，余為諸君當之）。大家一聽，沒有什麼說的了。
徐晃命令所部人馬推進到樊城外，在距關羽圍城大營三丈外的一個地方開始悄悄挖地道，通過地道越過關羽軍營來到樊城下，然後用箭把信射入城內，與被圍多日的曹仁取得了聯繫。
孫權決定對關羽下手後，給曹操寫了封信，通報自己將討伐關羽，但同時請求曹操不要泄漏這個機密，以免關羽有所準備（及乞不漏，令羽有備）。
曹操徵詢眾人意見，大家都覺得孫權如果從背後動手是一件大好事，為了保證孫權那邊順利得手，應該替孫權保密。只有董昭看法不同，他認為：「用兵在於謀變，以追求最大利益為目標（軍事尚權，期於合宜）。可以許諾孫權替他保密，但不妨把這個情報透露出去，有意讓關羽知道。關羽如果退兵自衛，樊城之圍頓解，之後讓孫權、關羽二賊相鬥，我們可收漁利。」
董昭同時認為：「樊城被圍的我軍不知道外面正在營救，糧食不足，喪失信心，如果因而生變，情況難以預料，可以把這個情報也告訴他們。至於關羽，此人一向恃強自負（羽為人強梁），即使得到情報，也不會馬上退軍。」
曹操認為董昭的分析有理，就命令徐晃把孫權的信抄了若干份，故意射落到關羽營里，同時也射到樊城內。樊城的守軍看到信頓時士氣百倍，而關羽看到信後猶豫不決。
這時，曹操想親率大軍南救曹仁，大家也都認為魏王不趕緊去，必然全線失敗，只有侍中桓階看法不同，他說：「大王認為曹仁等人能不能控制當前的局勢？」
曹操說：「可以。」
桓階又問：「大王是不是懷疑他們不儘力（大王恐二人遺力邪）？」
曹操說：「那倒不是。」
桓階繼續追問：「那為什麼還要親自前往呢？」
曹操說：「我擔心敵兵太多，而徐晃等人力量不夠。」
桓階說：「曹仁等人身處重圍仍然死守沒有二心，是因為有大王在外面的聲援。居萬死之地必有死爭之心，內懷死爭，外有強援，大王只需坐觀就行，何必因為擔心失敗而要親自前往？」
曹操認為說得有理，於是移軍於摩陂，先後派殷署、朱蓋等十二營人馬增援徐晃。據《三國志曹植傳》記載，曹操此時產生過讓曹植領兵前去解圍的想法，任命曹植以南中郎將的身份代理征虜將軍之職，讓他率兵前往前線。
臨行前曹操召曹植來有話叮嚀，但找到曹植後發現他喝得大醉，無法受命，於是撤消命令。據《魏氏春秋》記載，曹植之所以喝醉是因為曹丕做了手腳。曹丕知道曹操要召見曹植，就故意把曹植拉去喝酒，把他灌醉。
此時樊城內外到處是水，關羽的指揮部在一個大土堆上，其它圍城部隊主要分別部署在另外四個土堆上。徐晃揚言攻擊關羽所在的土堆，但實際上是佯攻，另外四個土堆才是主攻目標。
關羽見狀，親自率步騎五千出戰，徐晃迎擊，關羽退回主營，徐晃率部緊追不捨。關羽的主營設置溝塹及鹿角等有十來重，徐晃追擊關羽也殺入營中，雙方展開激戰，關羽大敗，之前投降關羽的南郡太守傅方、荊州刺史胡修等在亂戰中被殺，關羽撤退，樊城之圍化解。
但是，關羽水軍力量仍然完整，曹軍在這方面不佔優勢。關羽的水軍控制著漢水，曹軍被分割在漢水兩岸的襄陽、樊城，互相不通。
就在關羽與徐晃、曹仁等人展開激戰的同時，孫權、呂蒙已經動手了。
大約在建安二十四年（219年）十月底至十一月初之間，呂蒙悄悄抵達柴桑以西的尋陽（今湖北黃梅），在此組織精兵和船隻，把士兵藏在船艙里，讓老百姓划船，外面的人扮作商人，晝夜不停地逆流而上。
長江沿岸有關羽布置的不少哨兵（屯候），呂蒙把他們全都抓起來，所以關羽還不知道背後發生的情況。關羽留在後方負責軍政事務的是南郡太守糜芳和將軍傅士仁，關羽向來心高氣傲，一直瞧不起這兩個人。此次出兵，麋芳、傅士仁負責後勤保障，中間難免有供應不及時的地方，關羽很生氣，威脅說回來後要收拾他們（還，當治之）。
關羽這個人做事不講情面，麋芳和傅士仁知道他說到就會做到，因此感到憂心忡忡。呂蒙了解到其中情況，派虞翻前去勸說傅士仁投降。
在孫權手下，虞翻無疑是個怪才。他很有本事，辯才極佳，又通占卜和醫術，但他脾氣大，說話直，跟大家處不好關係（性不協俗）。孫權讓他擔任過縣長、騎兵師長（騎都尉），但由於他多次犯顏諫爭，讓孫權下不了台，前一陣孫權下令把他關在丹陽郡涇縣思過。
呂蒙欣賞虞翻的才能，有心幫他一把。呂蒙在建業養病期間，知道虞翻懂醫術，就向孫權請求把虞翻放出來給自己看病，後來又讓他一同來到荊州前線。
呂蒙給傅士仁寫了封信，陳說利害，派虞翻送去。虞翻口才一向很好，傅士仁就這樣被說降了。虞翻建議把傅士仁一塊帶往江陵，南郡太守麋芳看到傅士仁投降了，於是也開城出降。
呂蒙就這樣不費什麼勁就得到了南郡。江陵是關羽的後方基地，將士們的家屬多在此地。呂蒙進入江陵，釋放了囚禁在此的于禁等人，俘虜了關羽及其將士家屬，但不為難他們，給予撫慰。
呂蒙同時下令：「不得騷擾百姓，不得隨便拿別人的東西。」呂蒙有個手下是他的同鄉，擅拿了老百姓家一頂斗笠用來蓋鎧甲，呂蒙認為鎧甲雖然是公家的東西，但也觸犯了剛頒布的命令，為嚴肅軍紀，呂蒙流著淚將其斬首。於是軍中震動，江陵城出現了道不拾遺的景象。
呂蒙派左右不停地慰問撫恤地方長者，詢問他們有什麼需求，對於生病的百姓及時送醫送葯，對饑寒中的人及時發給食物衣物，關羽存在江陵的錢財寶物，呂蒙都下令貼上封條，等候孫權來處理。
呂蒙這些措施很快收到效果，他迅速控制了南郡的局勢。
關羽聽說南郡丟了，如五雷轟頂，立即下令撤軍。曹仁召集徐晃等眾人開會討論對策，大家都認為應該趁機發動追擊，可以把關羽擒獲。趙儼仍然不同意這種看法，他認為：
「孫權利用關羽出兵的機會發難抄了他的後路，但關羽必然回擊，孫權擔心的是我們趁他與關羽互斗而從中取利，所以才謙卑地表示順從效忠（恐我承其兩疲，故順辭求效）。如果我們攻擊過急，孫權說不定就把對付關羽的手段改為對付我們（若深入追北，權則改虞於彼）。關羽如今撤回，我們應該留著他，讓他與孫權互斗。」
曹仁認為有理，下令不要追擊。
關羽撤退的消息傳到摩陂，曹操特別擔心曹仁等人追擊，趕緊加急傳令，內容跟趙儼說的完全一樣。
關羽為救江陵的將士家眷，連派多名使者來見呂蒙。呂蒙又大玩心理戰，他厚待來使，讓他們在城裡到處走動，挨家問候，有的家人還寫信讓使者帶回去。這些使者回去，把城裡情況給大家一說，眾將士知道家人無恙，江陵城的情況比平時還好，一個個都沒有再打下去的鬥志了。
這時，孫權親自趕到了江陵，劉備屬下的荊州各級官吏紛紛投降。只有州政府秘書處處長（治中從事）潘稱病不出。孫派人到病床前探視，潘趴在那裡臉貼著床不起（伏面著床席不起），涕泣交橫，哀不自勝。孫權又親自前來探望，叫著潘的字跟他說話，態度十分懇切，還讓左右拿手巾給潘擦臉上的淚。潘大為感動，下地拜謝，孫權繼續讓他擔任州里的治中從事，荊州的軍政事務都向他徵求意見。
孫權、呂蒙的這幾招很厲害，沒費多大勁把關羽的軍心徹底瓦解了。孫權任命呂蒙為南郡太守，封孱陵侯，賜錢一億，黃金五百斤；任命陸遜代理宜都郡太守。
劉備任命的宜都郡太守樊友棄城逃走，各地官吏紛紛投降孫權，陸遜建議孫權及時任命他們官職，讓他們繼續原地效力，孫權接受。這樣，劉備在荊州各地的官吏不是被殺，就是被俘和投降。孫權提升陸遜為鎮西將軍，封婁侯，命他移駐夷陵（今湖北宜昌），對付劉備可能發起的報復性攻擊。
孫權派多路人馬合圍關羽，關羽敗退至麥城（今湖北當陽境內），孫權派人勸說關羽投降，關羽假裝答應，在城頭遍插旗幟，又弄了