少时，两军人马俱到达约定战场，列阵完毕。三通鼓罢，关兴催马出阵，横刀立马于阵前，高声邀战：“吾乃汉寿亭侯关兴，谁敢与我一战？”
司马懿问曰：“谁敢与我出战，灭其气焰？”魏将无人应答。
半响，文聘应曰：“末将愿往。”
司马懿曰：“文聘出战，郭淮掠阵，不要折我军锐气。”
文聘拍马出战。关兴见来人正是文聘，魏吴合力围剿关羽时，曾烧毁羽军粮草和战船，关兴双目赤红，催马便战，双腿夹紧马肚，双手举起青龙偃月刀，当头砍下。文聘忙举枪格挡。两刃相交，偃月刀势大力沉，文聘虎口剧痛，兵刃几乎撒手。交马只一合，文聘心中已然胆怯。只剩招架之功，绝无还手之力。战不几合，文聘拨马便逃。关兴追去，举刀欲砍。郭淮眼见不好，持箭射向关兴。关兴耳听弓弦声响，忙侧身避过。文聘早已回阵。
汉帝大怒，率玄甲军冲向敌阵，孔明忙催动令旗，汉军全体向前。郭淮孟达两部列于阵前，首当其冲。孟达麾下军士见汉军勇猛，阵型松动，汉帝冲之即溃。淮部精锐，尚能抵挡。
孔明见孟达所部溃逃，郭淮右翼暴露，挥动令旗，孟获带军即刻向郭淮右翼包抄。郭淮所部顿时大乱。此时汉军大部已至，乱军向回奔逃。
司马懿令弓弩手射杀溃兵。魏军士气一衰于文聘单挑失败，二衰于孟达郭淮先后溃败，三衰于汉朝皇帝亲率先锋冲阵。汉帝玄甲军所到之处，犹如砍瓜切菜。
此战皆曹魏荆豫精锐，迫于司马懿治军严整，尤在苦苦支撑。自早到晚，魏军终于支撑不住，阵型溃散。众将护住司马懿逃亡宛城。士卒纷纷四处逃散，汉帝挥师追出百里方回。王平率众追击，遇到陈泰所部，交马只一合，生擒陈泰。此战司马懿荆豫精锐折损殆尽。
汉军上庸大败司马懿，斩首两万余众，生擒万余人，汉江水为之赤。王平抓获魏司空陈群之子、散骑侍郎陈泰。又得信使来报，赵云、魏延潼关击退夏侯霸姜维，潼关固若金汤，敌军一时不敢来犯。汉帝令魏延率兵马两万，二十日后到达武关城下，与上庸兵马东西夹击武关。
翌日，汉帝整备军马，乘胜追击，兵发宛城。大军行至半途，留关兴、马岱二人领兵防备新野援军。汉帝携大军转而向北，到达武关城东侧。司马懿于宛城收拢残兵，虽得兵两万人，然将士丧胆，坐困坚城，不敢出击。两日之后，魏延依约率长安兵马两万至武关西侧。武关仅剩五千守军，听闻司马懿大败于上庸，此时外援断绝，东西皆敌，士气大衰。五日后，武关守将陈骞献关投降。