不一会，夏侯霸大军随后赶到，入营埋锅造饭，准备来日攻城。一夜无话。
第二日魏军尽数赶至关前。关城前方狭窄，魏军铺展不开，投石车、箭楼均移动缓慢，于是姜维、田豫抢先指挥重装步兵攻向关城。赵云并不出战，只令将士操强弓硬弩射杀敌军。
魏军身披重甲，手举坚盾，顶住箭雨，列阵向前，偶有中箭者，早有军士举盾补上，阵型始终不散，缓步靠近关城。城上汉军早以备好滚木檑石，只待魏军接近。魏军重甲盾阵接近关城，忽止步不前，重盾护卫的更加紧密，盾后弓手向城墙抛射，压制汉军弩手。
阵后几架大型箭楼逐渐逼近，进入射程后，箭楼上魏国弓兵直射。一时之间城墙汉军死伤增多，弓箭火力被压制。姜维立刻命令将士推动冲车向前，欲直抵城门。赵云令汉军向箭楼射出火箭，烧毁箭楼。然魏军早有防备，在箭楼外覆盖牛皮，涂抹湿牛粪，火箭中之即灭。
赵云点起一股军士，打开城门冲出关外，直扑向箭楼和冲车。姜维挥动令旗，魏国重甲士迎面而来，缠住赵云。缠斗中，冲车直抵城门，城头的汉军弓手不顾伤亡，探头射杀冲车下的魏军。魏军在箭雨中伤亡惨重，仍然死战不退。数十次重击之后，城门破裂，王基率领剩余二百军士冲入城门，和守门军士战作一团。
赵云终于率部冲破魏军重甲步兵的阻挡，捣毁箭楼。失去箭楼压制，城头汉军弩手起身，箭雨疯狂洒落，魏军一片死伤。姜维抵挡不住，下令后撤。正在此时，魏延率四万大军急行军赶回潼关，生力军一拥而入，将王基二百军士尽数斩杀，夺回关门。王基只身逃出。夏侯霸见魏延回转，战略目的已达到，下令全军后撤。
司马懿在武关识破魏延佯攻计策，一面派郭淮率军两万抢占西城捉马岭，务必堵住刘禅大军；一面派信使请夏侯霸出兵攻潼关；并传令许昌、汝南、宛城、新野、江夏各路将领率军支援上庸；檄令襄阳加强守备以防陆逊。各路安排妥当后，留一军在武关小心防备魏延，自领大军赶往上庸支援郭淮。
武关距离较近，司马懿先抵达上庸城东百里的筑阳小城驻扎，等待各路军马陆续汇合。共计六路人马：
第一路司马懿回援武关的主力大军一万；
第二路丁封率宛城守军一万人赶到；
第三路文聘率新野守军一万人赶到；
第四路刘晔、陈泰率许昌守军一万五千人；
第五路文欣率汝南守军一万人赶到；
第六路李辐率江夏守军五千人赶到。
共计六万余人，皆为司马懿麾下荆豫都督区精锐士卒。各路将领参拜已毕，正商讨来日支援上庸的进军方略。忽近卫来报，郭淮捉马岭大败，只身逃回，现在帐外求见。
司马懿急令进账。郭淮跪地痛哭请罪：“末将捉马岭险些生擒刘禅，不料随后被王平绕至阵后，全军覆没，上庸丢失。”司马懿大怒，喝令左右将郭淮推出斩首。