曹魏景元四年（263年）八月，司马昭调集的各路大军集结完毕，开始行动。
司马昭一共部署了三路征蜀大军：
一路由征西将军邓艾指挥，从狄道进攻沓中的姜维，拖住姜维所率领的蜀军主力，让其不得东顾，这路人马约三万人；
一路由雍州刺史诸葛绪率领，从祁山方向进攻武街的蜀军，目的是断绝姜维的退路，这路人马也在三万人左右；
一路由镇西将军钟会指挥，分别从斜谷和骆谷进攻汉中，这路人马在十万人左右。
从以上部署看，钟会这一路是主力，其他两路属于配合作战。
征蜀大军有一部分是从洛阳出发调往西线战场的，大军离开洛阳前有个叫邓敦的将领力谏不可伐蜀，司马昭大怒，下令斩了，为征蜀大军祭旗。
九月，邓艾率天水郡太守王颀等部攻打姜维的沓中大营，同时指挥陇西郡太守牵弘在一旁进行牵制，又让金城郡太守杨颀进攻甘松，多路出击，令姜维四处招架。
钟会率领的一路大军从秦岭栈道进兵，由于兵力充足，可以同时由褒斜道和傥骆道齐进，让蜀军更难防范。钟会命牙门将许仪在前面开路，自己率领大军紧随其后，在经过一座刚修好的桥梁时，钟会坐骑的马蹄陷入坑中，钟会大怒，下令将许仪斩首。
许仪的父亲是已故名将许褚，钟会一翻脸谁都不认，魏军将士无不惊骇。钟会在军中资历有限，来西线战场也只有几个月时间，但许仪的一颗人头就为他树立起了足够的权威。
进入关中平原后，钟会发现蜀军主动退至各个据点不出来交战，于是命魏将荀恺、李辅等各率一部人马包围了汉城、乐城等要点，自己西出阳安口。
在路过定军山时，听说诸葛亮埋在这里，钟会特意派人前往祭拜，并下令军士不得在诸葛亮墓附近牧马砍柴。
姜维率领的蜀军主力在沓中无法抽身，看到汉中情况危急，于是指挥众军拼死回援。邓艾命王颀率部紧追，姜维率张翼、廖化等各军集结于剑阁，之所以没有向汉中驰援，是因为战事发展得太快，钟会已夺取了汉中。
这一年十月，钟会由汉中挥师南下，到达剑阁。
剑阁是蜀汉北部的第二道防线，剑阁如果有失，成都平原将无险可守，情势危急。
后主刘禅赶紧向孙吴求救，孙吴派老将丁奉进攻曹魏的寿春，派将军留平、施绩进攻南郡，派将军丁封、孙异进攻沔中，也是三路出击，在曹魏的中线和东线两个战场同时发起进攻。
司马昭对此早有预料，他命令这两个方向的魏军采取守势，只要顶住敌人的进攻就行，魏军仍倾尽全力在西线战场进行决战。
西线战场，剑阁地势险要，易守难攻，钟会一时无法得手。
邓艾这一路推进到了阴平道的北口，当年夏侯霸逃亡蜀国就走的是这条路，这条路可以避开剑阁进入成都平原，但其险峻程度超过了秦岭中的栈道，加上现在正值隆冬，要从阴平道进攻蜀汉有些不可思议。
但邓艾决定冒险，他简选精锐，并命令诸葛绪率本部人马前来会合，之后过阴平道，从江油进攻成都。但诸葛绪不同意，他认为从阴平道进攻蜀国不符合既定的作战计划（西行非本诏），于是率领本部的三万人马向东行进，与钟会合军。
三路征蜀大军变成了两路，诸葛绪和钟会在此次战役中理论上处于平级地位，二人无法相互指挥。钟会想独掌军权，他密告诸葛绪畏懦不进，司马昭以少帝曹奂的名义发来诏书，让钟会用囚车押诸葛绪回去受审，诸葛绪的人马就这样归了钟会指挥。
钟会继续率兵进攻剑阁，仍不能攻克，这时魏军后勤保障出了问题，粮食眼看就要吃完了，而粮道险远，补给困难，钟会提出撤军。
邓艾不同意，他写信向司马昭建议说：“敌人已经疲惫不堪，现在正应该乘势加强攻击。可以从阴平道进军，沿着山中小路经德阳亭奔赴涪城，这里距剑阁以西有百余里，距成都只有300多里，从这里可以派一支精悍的部队直接攻击敌人的心脏（奇兵冲其腹心）。到那时，姜维一定得引兵救援涪城，钟会正好乘虚而入；如果姜维死守剑阁而不救涪城，那么涪城兵力很少，按照兵法所说‘攻其不备，出其不意’，一定能打败敌人！”
司马昭批准了邓艾的计划，于是邓艾率本部人马进入700里长的阴平道，一路上凿山通道、攀木缘崖，大军鱼贯而进，历尽了艰险，在最危险的地方，邓艾亲自裹着毯子从山上往下滚（以毡自裹，推转而下）。(www.zuozong.com)
邓艾的冒险取得了成功，蜀军压根没料到阴平道里会杀出一支奇兵，等邓艾所率人马出了阴平道直达江油关时，守关的蜀将马邈投降。
江油关失陷，下一个目标就是涪城，后主刘禅急令诸葛瞻率尚书张遵、尚书郎黄崇、羽林右部督李球等前往涪城阻击邓艾。
诸葛瞻是诸葛亮的儿子，此时36岁，是蜀汉的卫将军，与辅国大将军董厥共同主持朝政（录尚书事），张遵是张飞的孙子，黄崇是黄权的儿子，李球是李恢的侄子。
诸葛瞻率部到达涪城后一直不敢向前，黄崇劝他迅速出击，抢占险要地势，不让敌人轻易进入平原地带。但诸葛瞻犹豫不决，担心分兵之后涪城更难防守。魏军在邓艾的率领下由江油关长驱直入，蜀军被打败，涪城丢失，诸葛瞻率蜀军主力退守到成都北部重镇绵竹。
邓艾派使者给诸葛瞻送信诱降，表示如果诸葛瞻肯投降，可保举他为琅琊王，诸葛瞻大怒，斩了邓艾的使者，率军出战。
这一仗打得很激烈，邓艾派他的儿子邓忠从右翼包抄，派师纂从左翼包抄，结果二人均进攻不利，报告说敌人难以击破。邓艾一听急了，也不管是不是自己的儿子，下令斩杀二人：“生死存亡在此一举，有什么不能攻克的！”
二人只得再次出战，指挥所部人马拼死进攻，最终蜀军被击破，诸葛瞻、张遵等人战死，诸葛瞻的儿子诸葛尚也在军中，听说父亲战死，也冲入敌阵而死。
涪城、绵竹相继失守，成都城内一片惊慌。
后主刘禅召集群臣商议，有人建议逃往孙吴，有人建议逃往南中，光禄大夫谯周等人建议投降曹魏，大家议来议去，最后大多数人赞成谯周的意见（众人皆从周议）。
这么多的意见里，为什么没有一个人建议打下去呢？
当然，实力是一个问题，前面也打了，但都打败了，诸葛瞻父子战死，大家没有信心再打下去了。
但这不是根本理由，关键问题在于，大多数人都不想打了。
汉末三国时期，所有的本土派都不想打仗，不仅蜀汉如此，其他地方也一样，冀州的沮授、田丰，兖州的陈宫，荆州的蒯越、蔡瑁，江东众多的投降分子，他们的想法都差不多，自己的家乡最好自己能做主人，如果不行，谁来当领导他们都没意见，但拒绝打仗。
刘禅是早期追随刘备的元老派和随刘备入益州的荆襄派所支持的，在刘备、诸葛亮时代这两派占绝对支配地位。但随着元老派的关羽、张飞和荆襄派的诸葛亮、蒋琬等人先后离世，刘禅只剩下了一个空架子，而益州本土派现在已经“满血复活”了。
但刘禅仍狐疑不决，他想逃往南方，谯周劝道：“南方是远夷之地，一向不愿意顺从，多次反叛，是诸葛丞相以兵威相逼，他们才愿意服从。以现在的情况，去了那里对外需要抵御强敌，对内朝廷需要大量供需，只能加倍地从夷人那里索取，到时候他们必然会反叛。”
刘禅默然无语，他承认谯周说得有理，不过也有人担心邓艾率领的魏军已经杀到跟前，他要是不愿意接受投降怎么办？
谯周认为不会，他的理由是：“现在对曹魏来说，除我们以外孙吴也未臣服，在这种情况下他们一定会接受投降，并且以礼相待。如果陛下降魏，魏不裂土以封陛下，谯周愿只身前往洛阳为陛下去争！”
最后，刘禅派侍中张绍等人奉玺绶向邓艾请降，张绍一行走到雒县时遇到邓艾，邓艾大喜，当场表示接纳。刘禅另派太仆卿蒋显赴剑阁向姜维宣布赦书，要他就地向钟会投降。
邓艾随后到达成都城外，刘禅率领太子、诸王以及群臣等60多人绑住自己、抬着棺材出城拜见，邓艾手执魏帝颁发的符节，上前为刘禅解开绑绳，又令人焚烧了棺材，接受投降。
邓艾宣布，承曹魏皇帝的旨意拜刘禅为代理全国武装部队副总司令（行骠骑将军），刘禅的太子刘璿被任命为奉车都尉，刘禅的其他儿子被任命为驸马都尉，原蜀汉百官也各拜了新官职，同时任命师纂代理益州刺史，陇西郡太守牵弘等人任蜀中各郡的太守。
至此，42年前由刘备一手创建的蜀汉政权灭亡了，根据刘禅投降时向邓艾所献的士民籍簿，蜀汉灭亡时的人口共28万户、94万口，甲士共10.2万人，官吏4万人。
刘禅的儿子刘谌被封为北地王，刘禅采纳谯周之策要投降时，刘谌坚决主张不降，决心一战（同死社稷，以见先帝可也），但刘禅不听。
刘禅出城投降的当天，刘谌跑到刘备的昭烈庙痛哭。之后，先杀了妻子儿女，然后自杀，目睹的人无不流泪。
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