夏侯渊看完信后非常高兴，打发了使者回去。然后他和张合商议说：“现在魏王率领大军屯驻南郑，来讨伐刘备。我们长久地守在这里，怎么能建立功业呢？明天我出战，一定要生擒黄忠。”张合说：“黄忠智勇兼备，况且有法正辅佐，我们不能轻敌。这里的山路险峻，只适合坚守。”夏侯渊说：“如果让别人建立了功劳，我们有什么面目去见魏王呢？你只管守住山寨，我去出战。”于是下令说：“谁敢出去巡哨诱敌？”夏侯尚说：“我愿意去。”夏侯渊说：“你去出巡哨，和黄忠交战，只许输不许赢。我有妙计安排。”夏侯尚接受了命令，带领三千兵马离开定军山大寨前行。
却说黄忠和法正带兵驻扎在定军山口，多次挑战夏侯渊都坚守不出。黄忠想要进攻，但又担心山路危险难以应敌，所以只能据守。这一天忽然有士兵来报告说山上曹军下来挑战了。黄忠正准备带领军队出去迎战，但牙将陈式说：“将军您别动我去对付他们。”黄忠非常高兴于是就命令陈式带领一千兵马出山口列阵迎敌。夏侯尚带兵杀到与蜀军交锋没几个回合就假装败逃而走。陈式紧追不舍行到半路却被两山上的曹军用擂木炮石打下来无法继续前进。正想要回头撤退时背后夏侯渊引兵突然杀出陈式抵挡不住被夏侯渊活捉回营部下士卒大部分投降了。有败逃回来的士兵向黄忠报告了陈式被擒的消息。黄忠非常慌张和法正商议对策法正说：“夏侯渊为人轻浮急躁恃勇少谋我们可以激励将士们拔营前进步步为营引诱夏侯渊出来交战然后趁机擒住他这就是‘反客为主’的计策。”黄忠采用了他的建议将应有的财物全部赏赐给将士们全军欢声雷动士气高涨都愿意效死力作战。
黄忠当即下令拔营前进步步为营每前进一段距离就安营扎寨住上几天然后又继续前进。夏侯渊听说蜀军这样进兵想要出战张合劝阻说：“这是‘反客为主’的计策不能出战出战必会失利。”但夏侯渊不听从他的劝告命令夏侯尚带领数千兵马出战直到黄忠营寨前挑战。黄忠上马提刀出营迎战与夏侯尚交战只一回合就生擒了夏侯尚带回营中。剩下的曹军败逃回去向夏侯渊报告了战况。夏侯渊急忙派人到黄忠营寨请求用陈式来换回夏侯尚黄忠答应了约定次日阵前交换人质。
第二天两军都来到山谷开阔的地方布好阵势。黄忠和夏侯渊各自立马在本方阵前的门旗之下。黄忠带着夏侯尚夏侯渊带着陈式两人都不穿铠甲只穿着单薄的衣服。
战鼓一声响，陈式和夏侯尚各自朝着自己的阵营奔逃。夏侯尚在逃回阵门的时候，被黄忠一箭射中后背，他带着箭伤逃回了阵营。夏侯渊大怒，骑马直冲黄忠，黄忠也正要激他交战。两将交锋，战斗了二十多回合，突然曹营内响起了鸣金收兵的声音。夏侯渊慌忙拨马而回，黄忠则趁机发动攻击，大败曹军一阵。夏侯渊回到阵营问押阵官为什么鸣金，回答说看到山凹中有蜀军的旗帜，恐怕有伏兵，所以急忙召回将军。夏侯渊相信了他的话，于是坚守不出。
黄忠逼到定军山下，和法正商议对策。法正指着山说：“定军山西边有一座高山，四周都是险峻的山道。这座山上可以俯瞰定军山的虚实。如果将军能占领这座山，定军山就在我们掌握之中了。”黄忠抬头望去，发现山头比较平坦，山上有少量人马。于是当夜二更时分，黄忠带着士兵鸣金击鼓，一直杀上山顶。这座山原本由夏侯渊的部将杜袭把守，但只有数百人。看到黄忠大队人马冲上来，他们只能放弃山头逃走。黄忠占领了山顶，正好与定军山相对。
法正对黄忠说：“将军可以守在半山腰，我则守在山顶。等夏侯渊的军队来了，我举起白旗为信号，将军就按兵不动。等他们疲惫无备的时候，我就举起红旗，将军就下山攻击他们。这样以逸待劳，必定能取胜。”黄忠非常高兴，听从了他的计策。
却说杜袭带着残兵逃回夏侯渊的营地，告诉他黄忠夺了对面的山头。夏侯渊大怒说：“黄忠占了对山，我不能不出战了。”张合劝谏说：“这是法正的计谋，将军不应该出战，只应该坚守。”但夏侯渊不听，说：“他们占了对面的山头，能看到我们的虚实，我怎么能不出战呢？”张合再三相劝，夏侯渊就是不听。他分兵围住对面的山头，大骂挑战。
法正在山上举起白旗，任凭夏侯渊如何辱骂，黄忠就是不出战。到了午时以后，法正看到曹兵已经疲惫不堪，士气低落，很多人都下马休息。于是他挥动红旗，鼓角齐鸣，喊声震天。黄忠一马当先冲下山来势如破竹。夏侯渊措手不及被黄忠赶到麾盖之下大喝一声如同雷鸣。夏侯渊还没来得及反应黄忠的宝刀已经落下将他的头和肩膀一起砍为两段。
后人有一首诗赞美黄忠说：“苍头临大敌皓首逞神威。力趁雕弓发风迎雪刃挥。雄声如虎吼骏马似龙飞。献馘功勋重开疆展帝畿。”黄忠斩了夏侯渊之后曹军大败四处逃散。黄忠乘胜追击去夺取定军山张合领兵前来迎战。黄忠和陈式两下夹攻混战一阵张合败逃。
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