关羽乘船进攻庞德军，庞德的军队大多投降关羽，庞德寡不敌众，最后被关羽所擒，庞德的兄长在蜀汉汉中为官，关羽因此想要劝降庞德，但是庞德大骂不肯降，关羽于是将其斩首。

关羽乘胜对樊城发起猛攻，樊城进水，城墙崩塌，而曹仁的守军也因为多次战败而大量削减，只剩下几千人，樊城被围数重，外内断绝，粮食也快被吃完，众将都惶恐不安。

曹仁在满宠的劝说下，与将士们盟誓，以死守城。关羽又派别的将领把将军吕常包围在襄阳。

荆州刺史胡修、南乡太守傅方都投降了关羽。

同年十月，陆浑民孙狼等苦于徭役，叛上作乱，南附关羽，遥受关羽印号，为之支党，关羽的声势一度威震华夏。

败走麦城

建安二十四年(219年)末，曹操以为汉献帝在许，与关羽军相近，欲迁都避其锋芒，司马懿、蒋济等劝阻，认为孙权必然不愿看到关羽得志，可以用答应将江南封给孙权为条件让他从背后出兵攻击关羽。

同时曹操派遣徐晃、赵俨等率军救援樊城，更准备亲自征讨关羽。

救援樊城的徐晃因兵力不足，认为很难与关羽抗衡，不过之后曹操先后派遣徐商、吕建等将领以及殷署、朱盖等十二营兵马增援徐晃。

关羽在围头派有军队驻守，在四冢还有驻军。徐晃于是扬言将进攻围头，却秘密攻打四冢。

关羽见四冢危急，便亲自率领步、骑兵五千人出战，徐晃迎击，关羽退走。

关羽在堑壕前围有十重鹿角，徐晃追击关羽，二人都进入关羽对樊城的包围圈，包围圈被打破，傅方、胡修都被杀死，关羽于是撤围退走，然而关羽的船只仍据守沔水，去襄阳的路隔绝不通。

而孙权命吕蒙为主帅偷袭荆州，并亲自率军为后援。荆州重镇江陵守将麋芳(刘备小舅子)、公安守将士仁因与关羽有嫌隙而不战而降。

此时关羽得知南郡失守后，立即向南回撤。回师途中，关羽多次派使者与吕蒙联系，吕蒙每次都厚待关羽的使者，允许在城中各种游览，向关羽部下亲属各家表示慰问，有人亲手写信托他带走，作为平安的证明。

使者返回，关羽部属私下向他询问家中情况，尽知家中平安，所受对待超过以前，因此关羽的将士都无心再战了，士卒渐渐溃散，退至麦城。

同年十二月，关羽率数十骑出逃，一路突围至距益州不过一二十里的临沮(今湖北省襄樊市南漳县)，遇潘璋部将马忠的埋伏，被擒，和长子关平于临沮被害。[24]

孙权将关羽首级送给曹操，曹操以诸侯之礼将其安葬于洛阳，同时孙权则将关羽身躯以诸侯礼安葬于当阳， 即关陵，也称当阳大王冢。

蜀汉在成都为关羽建衣冠冢，即是成都关羽墓，以招魂祭祀。因此民间也称关羽“头枕洛阳，身卧当阳，魂归故里(或称‘魂归山西)。

景耀三年(260年)九月，蜀汉后主刘禅(shàn)在追谥几位重要大臣时，追谥关羽为“壮缪侯”。