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马超兵败渭南逃到边塞胡人那里，曹操追剿到安定，苏伯又在河间反叛，曹操要率军东还。这这时，凉州参军杨阜，字义山，径来长安见曹操。对曹操说：“马超有韩信、黥布的勇猛，极得羌、胡等民族的拥戴，西部边境的人都敬畏他。如果您的大军回师后，不作周密准备，陇上诸郡恐怕就不再为国家所有了。”曹操深表赞同，决定撤军，留夏侯渊屯兵长安，夏侯渊保举冯翊高陵人，姓张，名既，字德容，为京兆尹，与夏侯渊同守长安。曹操班师回都。献帝排銮驾出郭迎接。诏曹操“赞拜不名，入朝不趋，剑履上殿”：如汉相萧何故事。自此威震中外。公元211年（建安十六年），刘璋听说曹操将派兵到汉中征讨张鲁，心中恐惧，张松又劝说刘璋：“现在州中将领庞羲、李异等人都居功自傲，且心怀异志，如不能得到刘豫州的帮助，益州将外有强敌攻击，内遭乱民骚扰，必定走向败亡。”刘璋又听从了张松之言，立刻派法正率部队迎接刘备。刘璋的主簿巴西人黄权劝阻说：“刘备有骁勇的名声，现在要是以部下的身份对待他，就没法满足他的心愿；要是以宾客的身份对待他，一国不容二主，造不是使自己安全的办法。”从事广汉人王累将自己倒吊在益州城门上劝阻刘璋，刘璋全都不予采纳。刘璋为刘焉幼子，母费氏，是后来娶了刘璋女儿的费观的族姑。
公元188年（中平五年），刘焉向汉灵帝建言设立州牧总管各地军政大权，自己出任益州牧，而刘璋与兄长刘范、刘诞都留在京城，只有刘瑁随刘焉入蜀。刘璋后来出任奉车都尉，受朝廷派遣诏谕刘焉，刘焉就把他留下不再返回朝中。公元194年（兴平元年），刘范在长安与马腾密谋进攻权臣李傕，泄露之后与刘诞一起被杀，而刘璋则得以幸免。刘焉的世交议郎庞羲保护刘焉的几个孙子，送入益州。刘焉因为逝子之痛，又逢绵竹城中大火，不得已迁治成都，背疽发作逝世。刘焉死后，益州官吏赵韪等希望利用刘璋温仁，于是上书推举他继掌益州刺史，得朝廷诏为益州牧，同时任命赵韪为征束中郎将。将领沈弥、娄发、甘宁起事反对刘璋，被赵韪打败后奔荆州。
在此以前荆州牧刘表上书告发刘焉僭越身份，在乘车器物衣服方面和天子比拟，因此赵韪驻兵朐腮以防备刘表。当初南阳、三辅的几万家百姓流亡到益州，刘焉将他们全部收为部众，称为“束州兵”。刘璋性情柔弱宽容，缺乏威信谋略。束州入侵凌横暴，成为百姓的灾难，刘璋没有能力制止，旧有的士人相当埋怨并且叛离。赵韪在巴中，很得百姓士兵的欢心，刘璋将大权交给他。赵韪见到民心不和，就暗中勾结州中的世家望族。
公元200年（建安五年），赵韪反动叛乱，蜀地多处响应，幸得刘焉之前收容荆州、三辅流民建立的“东州兵”拼力死战，才平息了叛乱，杀赵韪于江州。
刘璋为人懦弱，原本依附于刘焉的汉中张鲁骄纵，不听刘璋号令，于是刘璋杀张鲁母弟，双方成为仇敌，刘璋派庞羲攻击张鲁，但多次被张鲁所破。
公元208年（建安十三年），曹操亲自率兵征讨荆州，刘璋于是派出使者致以敬意。曹操加封刘璋为振威将军，封其兄刘瑁为平寇将军。刘璋因此派别驾从事张松到曹操那裹，但曹操没有按礼节接待。张松心怀怀恨，回来后劝说刘璋同曹操断绝关系，他对刘璋说：“刘豫州与您为宗室兄弟，可以与他结交联盟。”刘璋皆以为是，故派法正前往与刘备结好联盟，随即又指示法正和孟达送去数千兵卒帮刘备抵御曹军，法正完成使命归还。但是心无大志，渐渐让其他人离心，其中就有法正。法正字孝直，扶风郡（今陕西省眉县小法仪镇）人。建安初年，由于天下饥荒，法正与好友同郡的孟达一起入蜀依附刘璋，但刘璋不是个善于用人的人，很久之后法正才当上新都县令，之后又被任命为军议校尉。法正怀才不遇，又被州邑中的人诽谤，十分苦恼，益州别驾张松与法正是好友，也觉得刘璋不是个能成大事的人，常常感概自己的遭遇。公元208年（建安十三年），张松出使曹操，归来后劝说刘璋与曹操断绝来往与刘备交好。不久后曹操在赤壁战败，刘备势力得以壮大。刘璋于是问应该让何人出使刘备，张松于是举荐法正。法正一开始辞让，后来不得已只好前往。刘备见到法正后，“以恩意接纳，尽其殷勤之欢”。法正觉得刘备有雄才大略，是可以辅佐的明主，回到益州后，遂与张松密谋协规，决定暗中戴奉刘备为主。刘璋听说夏侯渊讨伐张鲁，便决定让法正迎接刘备入川与孟达各率两千人出使刘备。
刘璋的邻居张鲁张鲁是张陵之孙，五斗米道系师。在张陵死后，张鲁父张衡继行其道。张衡死，张鲁继为首领。其母好养生，“有少容”，“兼挟鬼道”，往来于益州牧刘焉家。张鲁通过其母与刘焉家的关系，得到信任。公元194年（兴平元年），刘焉死，其子刘璋代立。刘璋以张鲁不顺从他的调遣为由，尽杀张鲁母及其家室。又遣其将庞羲等人攻张鲁，多次为张鲁所破。张鲁的部曲多在巴地，刘璋于是以庞羲为巴郡太守。张鲁袭取巴郡。于是割据于汉中，以五斗米道教化人民，建立了短暂的政教合一的反动政权。据史料记载，张鲁在汉中，因袭张修教法，并“增饰之”。自称“师君”。来学道者，初称“鬼卒”，受本道已信，则号称“祭酒”，各领部众；领众多者为“治头大祭酒”。不置长吏，以祭酒管理地方政务。继承其祖的教法，教民诚信不欺诈，令病人自首其过；对犯法者宽宥三次，如果再犯，然后才加惩处；若为小过，则当修道路百步以赎罪。又依照《月令》，春夏两季万物生长之时禁止屠杀，又禁酗酒。他还创立义舍，置义米肉于内，免费供行路人量腹取食，并宣称，取得过多，将得罪鬼神而患病。东汉末年，群雄蜂起，社会动乱，不少人逃往相对安定的汉中地区，如关西民从子午谷逃奔汉中的就有数万家。张鲁还得到巴夷少数民族首领杜濩、朴胡、袁约等人的支持。他采取宽惠的政策统治汉中，“民夷便乐之”。“流移寄在其地者，不敢不奉”。五斗米道凭借政权的力量扩大了影响。五斗米道信徒入道，只需交五斗米。张鲁在汉中二十多年，信徒众多，成为汉末一支颇有实力的割据势力。当时曹操把持的东汉政权无暇顾及汉中，遂拜张鲁为镇民中郎将（一作“镇夷中郎将”），领汉宁太守。张鲁统治巴、汉近三十年。
后来有人在地下挖到了玉印，众人都想要尊张鲁为汉宁王。张鲁的功曹阎圃劝谏道：“汉川的百姓，户口超过十万，财富很多而且土地肥沃，四面地势险固；上可以匡扶天子，那就成为齐桓公、晋文公之流，最差也是窦融之类的人，可以不失富贵。现在承制设置官署，势力足以决断事务，不用称王。希望您暂且不称王，不要先招来祸患。”张鲁听从了阎圃的意见。所以两人的势力也让曹操很不放心。
曹操回到京城后，于公元212年（建安十七年），因马超之事诛杀马腾，并夷灭三族，其中杀掉有马铁、马休两个弟弟。
周瑜死后，庞统身为周瑜的功曹，送丧至东吴，东吴人大多听说过庞统的名号凤雏，等到庞统准备回去的时候，一起送庞统到昌门，其中包括陆绩、顾劭、全琮等人，庞统知道他们的来意，于是告诉他们说：“陆绩可以说是一匹驽马，有逸足之力，顾劭可以说是一只驽牛能负重远行。”对全琮说：“你好施慕名，好像汝南樊子昭，虽然智力不足，但也是一时佳人。”陆绩、顾劭对庞统说：“如果天下太平了，希望和你一起品评四海之内的名士。”于是东吴陆绩、顾劭、全琮等人于庞统深交而还。事后，有人曾问庞统：“照您看，陆绩比顾劭好吗?”庞统说：“驽马虽然精良，但乘坐的只是一人罢了。驽牛一天走三十里，所负载的哪里只是一个人的重量呢?”据说，顾劭去见庞统，住在庞统那里，两人谈论起来。顾劭问：“您有善于知人之名，你说说，我和您相比，谁好一些?”庞统说：“讲到陶冶世俗，综合分析人物，我比不上您，但是，如果论给帝王出谋划策，我可就比您强一点了。”顾劭认为庞统的话有道理，和他亲近起来。鲁肃向孙权推荐庞统说：“此人乃襄阳人，姓庞，名统，字士元：道号凤雏先生，与诸葛亮齐名。”孙权说：“孤亦闻其名久矣。今既在此，可即请来相见。”于是鲁肃邀请庞统入见孙权。施礼毕。权见其人浓眉掀鼻，黑面短髯，形容古怪，心中不喜。乃问道：“公平生所学，以何为主？”庞统说：“不必拘执，随机应变。”孙权说：“公之才学，比公瑾如何？”庞统笑道：“我之所学，与公瑾大不相同。”孙权平生最喜周瑜，见庞统轻之，心中愈不乐，乃谓庞统说：“公且退。待有用公之时，却来相请。”庞统长叹一声而出。鲁肃说：“主公何不用庞士元？”孙权说：“狂士也，用之何益！”鲁肃说：“赤壁鏖兵之时，此人曾献连环策，成第一功。主公想必知之。”孙权说：“此时乃曹操自欲钉船，未必此从之功也，吾誓不用之。”鲁肃出谓庞统曰：“非肃不荐足下，奈吴侯不肯用公。公且耐心。”统低头长叹不语。肃曰：“公莫非无意于吴中乎？”统不答。鲁肃说：“公抱匡济之才，何往不利？可实对肃言，将欲何往？”庞统说：“我欲投曹操去也。”鲁肃说：“此明珠暗投矣，可往荆州投刘皇叔，必然重用。”庞统说：“统意实欲如此，前言戏耳。”鲁肃说：“某当作书奉荐，公辅玄德，必令孙、刘两家，无相攻击，同力破曹。”庞统说：“此某平生之素志也。”乃求鲁肃书。径往荆州来见刘备。
此时孔明按察四郡未回，门吏传报：“江南名士庞统，特来相投。”玄德久闻统名，便教请入相见。统见玄德，长揖不拜。玄德见统貌陋，心中亦不悦，乃问统曰：“足下远来不易？”庞统不拿出鲁肃、诸葛亮书投呈，但答道：“闻皇叔招贤纳士，特来相投。”刘备说：“荆楚稍定，苦无闲职。此去东北一百三十里，有一县名耒阳县，缺一县宰，屈公任之，如后有缺，却当重用。”庞统思道：“刘备待我何薄！”欲以才学动之，见孔明不在，只得勉强相辞而去。统到耒阳县，不理政事，终日饮酒为乐；一应钱粮词讼，并不理会。有人报知玄德，言庞统将耒阳县事尽废。刘备怒道：“竖儒焉敢乱我法度！”遂唤张飞分付，引从人去荆南诸县巡视：“如有不公不法者，就便究问。恐于事有不明处，可与孙乾同去。”
张飞领了言语，与孙乾前至耒阳县。军民官吏，皆出郭迎接，独不见县令。张飞问道：“县令何在？”同僚覆道：“庞县令自到任及今，将百余日，县中之事，并不理问，每日饮酒，自旦及夜，只在醉乡。今日宿酒未醒，犹卧不起。”张飞大怒，欲擒之。孙乾道：“庞士元乃高明之人，未可轻忽，且到县问之。如果于理不当，治罪未晚。”张飞乃入县正厅上坐定，教县令来见。统衣不整，扶醉而出。张飞怒道：“我兄以你为人，令作县宰，你焉敢尽废县事？”庞统笑道：“将军以我废了县中何事？”张飞说：“你到任百余日，终日在醉乡，安得不废政事？”庞统说：“量百里小县，些小公事，何难决断？将军少坐，待我发落。”随即唤公吏，将百余日所积公务都取来剖断。吏皆纷然赍抱案卷上厅，诉词被告人等环跪阶下。统手中批判，口中发落，耳内听词，曲直分明，并无分毫差错。民皆叩首拜伏。不到半日，将百余日之事尽断毕了。投笔于地，而对张飞曰：“所废之事何在？曹操、孙权，吾视之若掌上观文，量此小县，何足介意！“飞大惊，下席谢曰：”先生大才，小子失敬，吾当于兄长处极力举荐。”庞统乃将出鲁肃荐书。张飞说：“先生初见吾兄，何不将出？”庞统道：“若便将出，似乎专藉荐书来干谒矣。”张飞故为孙权说：“菲公则失一大贤也。”遂辞统回荆州，见玄德，具说庞统之才。刘备大惊道：“屈待大贤，吾之过也。”张飞将鲁肃荐书呈上，刘备拆视之。书略：庞士元非百里之才，使处治忠别驾之任，始当展其骥足。如以貌取之，恐负所学，终为他人所用，实可惜也！”
刘备看毕，正在嗟叹，忽报诸葛亮回。刘备接入，礼毕，孔明先明道：“庞军师近日无恙否？”刘备说：“近治耒阳县，好酒废事。”诸葛亮笑道：“士元非百里之才，胸中之学，胜亮十倍。亮曾有荐书在士元处，曾达主公否？”刘备说：“今日方得子敬书，却未见先生之书。”诸葛亮说：“大贤若处小任，往往以酒糊涂，倦于视事。”刘备说：“若非我弟所言，险失大贤。”随即令张飞往耒阳县敬请庞统到荆州。玄德下阶请罪。庞统方将出孔明所荐之书。刘备看书中之意，言凤雏到日，宜即重用。刘备喜道：“昔司马德操言：‘伏龙、凤雏，两人得一，可安天下。’今我二人皆得，汉室可兴矣。”遂拜庞统为副军师中郎将，与诸葛亮共赞方略，教练军士，听候征伐，任命他为治中从事，亲密程度亚于诸葛亮，后庞统和诸葛亮同为军师中郎将。
有一次，刘备与庞统闲谈，问他：“你曾经担任周瑜的功曹。听说那次我到吴国，周瑜曾上秘信给孙权，让孙权扣留我，不知是否真有此事？在谁的手下，当然就该忠于谁，你不必隐瞒。”庞统回答：“确有此事。”刘备慨然叹息：“当时我正在危急之中，有求于孙权，所以不能不去见他。去了，竟差一点落到周瑜手中！”刘备还说：“天下智谋之士，所见略同。孔明那时也劝我不要去，而且一再坚持，想来也是怕孙权扣留我。我当时却认为孙权所要提防的是北面的曹操，应该希望有我做他的援手，所以才坚持去见他，一点也没有疑虑。现在想来，这确实是一步险棋，并非万全之计。”
法正受刘璋委托来见刘备参拜已毕，呈上书信。刘备拆封视之。书道：“族弟刘璋，再拜致书于玄德宗兄将军麾下：久伏电天，蜀道崎岖，未及赍贡，甚切惶愧。璋闻吉凶相救，患难相扶，朋友尚然，况宗族乎？今张鲁在北，旦夕兴兵，侵犯璋界，甚不自安。专人谨奉尺书，上乞钧听。倘念同宗之情，全手足之义，即日兴师剿灭狂寇，永为唇齿，自有重酬。书不尽言，耑候车骑。”刘备看毕大喜，设宴相待法正。酒过三巡向刘备献策：“阁下命世英才，刘璋无明主之能，以张松为内应，夺取益州；以益州的富庶为根本，凭借天府之国的险阻来成就大业，易如反掌。”刘备说：“备一身寄客，未尝不伤感而叹息。尝思鹪鹩尚存一枝，狡兔犹藏三窟，何况人乎？蜀中丰余之地，非不欲取；奈刘季玉系备同宗，不忍相图。”法正说：“益州天府之国，非治乱之主，不可居也，今刘季玉不能用贤，此业不久必属他人。今日自付与将军，不可错失。岂不闻逐兔先得之语乎？将军欲取，某当效死。”刘备拱手谢道：“尚容商议。”当日席散，孔明亲送法正归馆舍。刘备独坐沉吟。庞统进言，他说：“荆州荒芜残败，人物流失殆尽。而且东有孙权，北有曹操，难以有大的发展。益州户口百万，土地肥沃，物产丰饶，如果真能夺取此地，以为根基，可成就大业。”刘备仍然担心：“如今与我水火不同的是曹操，曹操峻急，我便宽厚，曹操暴虐，我便仁慈，曹操狡诈，我便忠诚。凡事与他相反，才有今天的成就。如今为得益州，失信于天下，能行吗?”庞统说：“如今正当乱离之际，凡事不能墨守成规，要随机权变才好。况且吞并弱小，攻击暗昧，逆取顺守，报之以义，正是古人所重视的。只要事定之后，封还他一块土地，还有谁能说您有负信义呢?不趁现在攻取益州，到时就会被别人占了先机。”诸葛亮认为：“这是天赐良机，这符合我们的隆中策。”刘备便答应了于是遂请孔明，同议起兵西行。诸葛亮说：“荆州重地，必须分兵守之。”刘备说：“我与庞士元、黄忠、魏延前往西川；军师可与关云长、张翼德、赵子龙守荆州。”孔明应允。于是孔明总守荆州；关公拒襄阳要路，当青泥隘口；张飞领四郡巡江，赵云屯江陵，镇公安。刘备令黄忠为前部，魏延为后军，刘备自与刘封、关平在中军。庞统为军师，马步兵五万，起程西行。临行时，忽廖化引一军来降。刘备便教廖化辅佐云长以拒曹操。