迫于关羽的强大威胁，曹操一度准备迁都，被司马懿等谋士谏止。他们认为：“禁等为水所没，非战守之所失，于国家大计未有所损，而便迁都，既示敌以弱，又淮沔之人大不安矣。孙权、刘备，外亲内疏，羽之得意，权所不愿也。可喻权所，令掎其后，则樊围自解”(《晋书·宣帝传》)。
    曹操采纳了这一利用矛盾破坏孙、刘联盟，以坐收渔翁之利的策略，派使者去见孙权。关羽也知孙刘联盟不巩固，这时既要夺取樊城，又得防备孙权偷袭荆州。他看到东吴大将吕蒙屯兵陆口，就再三嘱咐麋芳和傅士仁小心镇守荆州，并将大部分军队留在南郡，还沿江设防，二三十里设一个岗楼，建起烽火台。吕蒙探知关羽防守严密，无懈可击，就佯称病重，上书给孙权，要求回去疗养。孙权公开发布命令，调吕蒙回建业养病。吕蒙推荐陆逊代替自己。陆逊到任后，派使者给关羽送去了礼物和一封信，信上恭维关羽水淹七军，功过晋文公的城濮之战和韩信的背水破赵，还勉励关羽发挥威力，夺取彻底胜利。关羽看到陆逊是个无名晚辈，对自己又如此恭敬、诚恳，就大胆放心，把荆州大部分军队陆续调到了樊城，打算趁徐晃的兵马还未赶到，大水又未完全退去，先攻下樊城。他亲自督战，加紧攻城，而曹仁依旧坚守。
    关羽在襄樊的兵马越来越多，加上新得于禁降军数万人，粮食匮乏。他责备南郡太守麋芳和傅士仁的粮草运送跟不上，大怒说：“还当治之”(《三国志·蜀书·关羽传》)，二人于是存有叛心。后关羽为解燃眉之急，竟擅自强占东吴贮藏在湘关的粮食。孙权得知此事，觉时机成熟，便命吕蒙为大都督，发兵袭击关羽的后方。
是年十一月，吕蒙率军隐蔽前出，把精锐士卒埋伏在伪装的商船中，令将士身穿白衣，化装成商人，募百姓摇橹划桨，昼夜兼程，溯江急驶，直向江陵进袭，一切都进行得十分隐蔽和诡密。驻守江防的蜀军士兵被伪装的吴军所骗，猝不及防，全部被俘虏，江陵城内空虚，陷入混乱。公安(今湖北公安北)的蜀将傅士仁，和江陵的蜀南郡太守糜芳献城投降。吕蒙遂率大军进据江陵，从而，一举夺回荆州。吕蒙进占江陵后，尽得关羽及其将领的家属。他对他们加以优待和抚慰，并下令军中不得侵扰百姓，还对全城百姓表示关心，给有病的送医药，给饥寒者赐衣粮，使城内秩序迅速恢复。而骄傲轻敌的关羽，对吕蒙的袭击行动竟一无所觉。
    孙权写密信给曹操报告东吴已夺取荆州。曹操采纳董昭意见，令徐晃用箭将孙权密信内容，分别射入樊城及关羽营中。被围魏军得信后，士气倍增，防守更坚；关羽得信后，则既恐腹背受敌，又不愿前功尽弃，陷入徘徊犹豫，进退两难的境地。此时，曹操已率主力由洛阳进抵摩陂(今河南郏县东南)，并已先后派殷署、朱盖等12营兵进至偃城，归徐晃指挥。关羽军主力屯围头，一部屯四冢。徐晃以声东击西战术，扬言欲攻围头，却出其不意突袭四冢。关羽恐四冢有失，自率步骑5000出战，被徐晃击败，当其退走营寨时，徐晃率军穷追不舍，紧随其后冲入营内。当时关羽营寨，外围深壕及鹿角十重，障碍设施极为严密，若从营外强攻极为困难。现乘其军陷于混乱之机，由内突袭，一举大破之，杀降蜀之胡修、傅方。时关羽惊悉江陵失守，遂撤围退走，樊城围解。曹仁部将多欲乘胜追击，参军赵俨认为，应保留关羽一定实力与孙权作战，不宜追击。曹仁同意赵俨看法，未部署追击。曹操得知关羽撤退消息后，果然派人传达命令，不许追击关羽。
    当关羽撤军而回时，孙权已先到达江陵，派陆逊攻占夷陵(今湖北宜昌)、秭归(今湖北秭归)，切断关羽入川退路。在回军途中，关羽多次派人到江陵探问消息。每次，吕蒙都礼待来使，并让使者周游城中。使者回到关羽军中，将士们知道家眷无恙，斗志尽失，多数都半途而逃。关羽自知势孤，派人向驻扎上庸的蜀将刘封、孟达求援，二人早对关羽心怀不满，拒绝支援。关羽决定突围回西川。
    吕蒙知关羽兵少，料到他要逃走必然走麦城北边的通西川的小道，就事先派兵埋伏。十二月，孙权派使者到麦城劝关羽投降。关羽提出叫吴军退兵十里，然后在南门相见。吕蒙果然退兵十里，等候关羽投降。关羽及其子关平趁机带着十几个骑兵，偷偷地出北门向西逃去，被吴将潘璋部下马忠擒获，与其子关兴一起被杀，死时年约五十八岁。刘备追谥关羽为壮缪侯，其子关兴嗣。