身在成都的张松知道刘备不会真的出兵汉中，却也担心一直按兵不动会错过进取益州的时机，就多次与刘备通信，透露州内机密，并劝其早做动兵的打算。张松的哥哥广汉太守张肃来张松府上探望时发现了张松的密谋，他唯恐灾难临头，立刻就向刘璋禀告了张松的不臣之心。刘璋闻报大怒，派兵将张松收捕处死，随后下令隐瞒张松已死的消息，暗中命所有关隘的守卫部队封锁道路，准备随时与刘备决裂。可是刘璋漏算一着的是法正早在成都留有眼线，第一时间就将张松被杀的消息传到了葭萌关。
突发变故之后，刘备对下一步的战略举棋不定，庞统连献三策说：“暗中挑选精兵，昼夜兼道，径袭成都，刘璋既不治武事又无防备，大军突至，一举可定，此为上策；杨怀、高沛是蜀中名将，各仗强兵，据守关头，将军可散布荆州有急的消息，再遣使与二人告别，假说欲还荆州救急，此二人必轻骑来见，将军可就此将其擒杀，夺其兵马，再兵向成都，此为中策；退还白帝城，与荆州呼应，再徐图益州，此为下策。无论将军选哪条计策，都应速速决断，若在此是非之地沈吟不决，恐将陷入进退两难之困局。”
刘备觉得中策最佳，就依计而行，假意让士卒都更换行装，作出要离开的准备，同时写信请杨怀、高沛来作别。杨、高二人还不知张松的事，而白水关本就名义上受刘备督理，两人又素来畏怖刘备的威名感觉如芒在背，一听刘备要离开果然殷勤赶来送行。才刚入营，杨怀、高沛就被刘备命人拿下，二人不明就里，高呼：“左将军这是何意？”刘备怒斥道：“你二人镇守白水关。却懈怠军事，还纵容贼人散布谣言破坏我与刘季玉之间的兄弟关系，按罪当诛。”说罢不容二人辩解立刻让士兵将他们拖到营外处死，再以都督的身份直接将白水关的军队划入自己麾下。
拔掉两个眼中钉之后，刘备有心一路直取成都，却又担心刘璋以坚壁清野的战术拖垮自己。法正说：“刘季玉一向爱民，如此互相损耗的害民之计必不会用。”于是下定决心的刘备速令黄忠、卓膺为先锋率军南下，大军势如破竹，很快就攻占了要地涪城。进入涪城后，刘备大会将士，置酒作乐，志得意满。他乘着酒兴对庞统说：“今日这场宴会真是令人愉快啊！”庞统却兜头浇了一盆凉水说：“把讨伐别国当作快乐，可不是仁者该有的做派。”已经喝醉了的刘备怒道：“武王伐纣，前歌后舞，难道不是仁者？你所言不当，快给我出去！”庞统听完也不搭话，直接起身就走了。很快刘备酒醒了些，后悔自己刚才的话，马上命人去请庞统回来。庞统归位后，一言不发，只顾自己吃喝。刘备问他：“刚才我们之间，是谁错了？”庞统低着头边吃边说：“君臣皆有过失。”刘备听了大笑，酒宴又恢复了欢乐的气氛。
涪城的陷落让刘璋大为震恐，益州从事郑度献计说：“左将军兵不满万，民心未附，军无辎重，不如尽驱巴西、梓潼之民至涪水以西，将仓廪野谷一皆烧除，再高垒深沟，以逸待劳，等左将军到来时，闭门不战，其物资不足，不过百日必将溃走，我军趁势掩杀必能将其擒下。”刘璋却怒道：“我只听说拒敌以安民，没听过动民以避敌。”于是不仅不用郑度之计，还将他罢黜，另遣大将张任、刘璝、泠苞、邓贤、吴懿引五路大军往涪城阻击刘备。
见敌军势大，刘备想先笼城固守静待时机，庞统却说：“我军士气正盛，若此时示弱据守，恐对战意有损，即便此战能胜后续怕也难有余力攻入成都。敌方远道而来，正值疲惫，应趁机决战一举而定。”刘备认可了庞统的分析，派黄忠与卓膺出战。
张任是蜀中第一悍将，当先出阵叫战，遇上卓膺后战不数合就将其杀败，随即又对上了敌方主将黄忠。两人白刃相接了三十合，激斗正酣之时，益州军后方却突起混乱。原来吴懿早有归降刘备之心，趁着阵前交锋之时倒戈哗变，让其余诸将措手不及。遭逢变故的益州军大败，张任等四将只好退守绵竹，而投降刘备的吴懿则受任为讨逆将军。
此战胜得如此轻易颇有侥幸的成分，张任这样的名将还是给刘备留下了颇为深刻的印象，他也意识到益州的战力仍不可小觑，便派人从荆州调诸葛亮、张飞、赵云、刘封等率军入蜀为援。而刘备自己则攻向了有着“古蜀翘楚，益州重镇”之称的成都门户——绵竹。
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