确认了来者不是刘备之后，张任并没有贸然出动城中的全部伏兵，而是自己率领一千余人的兵马前去击退他们。然而当张任刚刚到达雁桥后，瞬间四面八方突然出现了震天撼地的喊杀声，这时张任才看清来犯的真的是刘备。
不仅如此，早在张任有所防备之前刘备便已经和法正偷偷将攻打东门的赵云调至雁桥埋伏，本来按照庞统的计划应当将刘备团团包围，现在因为情报的错误而反让张任陷入了刘备和赵云的前后夹击之中。
兵力不占优的情况张任仍旧凭借自己高超的武艺和精湛的枪法，与赵云对峙数十回合不分胜负。然而周遭的士兵却没有张任这样坚强的毅力和武艺，或战死或投降。
渐渐的喧嚣的杀戮声越来越少，缺少强攻硬弩的城防军没有办法给张任军任何有力的支援，一个时辰后抵抗的只有张任一人，刘备的士兵将张任团团包围。
就在张任分神之际赵云抓住了机会一枪将他扫落马下，士兵们纷纷上前用长枪架住了张任，将其押送到了刘备的面前。
刘备知道张任的武艺和治军之能可以与赵云比肩，心存招募之心。然而张任却拒绝了刘备和赵云的先后劝降一心求死，为了避免放虎归山和尽快拿下雒城，刘备下令将张任处死。
没有张任的雒城再也难以坚持下去，赵云沿着雁桥向雒城发起猛攻，李严和魏延、黄忠等人趁着城中的主力都埋伏在山道之际，对雒城三面合围，雒城被攻陷，刘璋之子刘循被俘。
进入雒城之后刘备收到了山道幸存下来的士卒急报：
庞统遇伏身亡...
事实上早在庞统进入刘备阵营后不久，诸葛亮就隐隐觉察出他并不是真心为刘备效忠，但是他只是将这种怀疑放在心中，直到法正到来后庞统一力建议刘备突袭益州，诸葛亮才真正确定了庞统的意图，所以他暗中与刘备、法正密谋在刘备率军入川后先是假装贬谪法正、重用庞统，而后利用庞统所献疑兵之策将庞统置于山道之中。
表面上被贬谪的法正暗地里收买了张任身边的副将，在刘备进军时故意将的卢之事告诉张任，使得张任产生了怀疑从而将城中守军的主力全都埋伏于山道。
虽然庞统一心想要置刘备于死地，但是他毕竟是刘备明面上的军师中郎将，地位等同于诸葛亮，所以刘备并没有将庞统的真实意图和身份公之于众，而是将庞统遇难之地改为落凤坡，并且亲自将其安葬于落凤坡内，立碑祭拜。
雒城失守使得成都的北面门户洞开，刘璋不得已将防御诸葛亮和张飞的人马再度调回成都，之后诸葛亮和掉头东进的赵云夹击江阳、犍为，张飞也攻克了巴西的战略要地阆中，挥师进抵德阳，至此刘璋彻底失去了蜀郡周遭的所有郡县，刘备已经兵临成都了。
令刘璋感到绝望的是先前投靠张鲁的马超日夜想着反攻陇上，因此说服张鲁拨与兵马进攻祁山，然而却被夏侯渊和张郃所击败。之后他备受杨昂等人的排挤压迫，加上他早就看出了张鲁不是个能救成就大事的人，于是在李恢的劝说之下率兵离开汉中投靠了刘备。
得到马超之后刘备的声望更大，而成都内的气氛却糟糕到了顶点，被长期包围的军民都开始人心惶惶。这时法正写信劝降刘璋，起初刘璋并没有给予明确的答复，法正和诸葛亮对刘备说没有答复就代表刘璋内心在动摇，不出半月必定会投降。
半月后诸葛亮派遣简雍进入成都再度劝降，并且归还了先前俘虏的刘璋之子刘循，这彻底击溃了刘璋最后的防线，他决定接受刘备的劝降。
此时黄权等人认为虽然益州绝大多数的领地已经落入了刘备的手中，但是他刚刚占据了这么大的底盘一时间必定难以消化。而成都的粮草和供给和坚固城防足以支撑一年，到那时时局必定有变，所以刘璋完全没有必要投降刘备。
可是刘璋想到因为自己的昏聩无能才招致今天的局面，自己根本就没有这个能力统领益州，既然刘备有这个志向和能力，只要他善待百姓又都是刘姓子孙，谁来都是一样的。
最终刘璋开城献降，刘备特地嘱咐简雍不需要绑缚刘璋也不许对他无礼，于是刘璋与简雍一同乘车开出了成都北门，刘备接受了成都以及整个蜀郡之后，将刘璋软禁于荆州的公安。
至此，长达近三年的益州之战已经基本宣告结束，刘备在占据了荆州大部分领土的情况下又鲸吞了几乎整个益州全境，所控制的地域已经超过了孙权，一跃成为了足以和曹操独立抗衡的一方诸侯了。