马超等退到渭口。曹操派军四处游击，使马超等迷惑，无法判断其战略意图。随后，曹操派工兵乘船进入渭水，搭建浮桥。深夜，部分主力军团已经在渭水南岸筑营。马超等惊觉腹背受敌，乘夜攻击，被曹操伏兵击败。马超等只好放弃潼关，撤退到渭水之南，派人向曹操表示愿意割让黄河以西土地求和。曹操拒绝。
九月，曹操大军继续挺进，主力全部渡过渭水。马超等屡次挑战，曹操严守营寨，拒不出战，以促使敌军心浮气躁。
马超等恐惧，愿献出土地，并送儿子充当人质。曹操决定假装答应，然后对马超联军进行挑拨离间。
韩遂请求跟曹操相见，二人在大军阵前两马相交，一聊半天，马超遂起疑。曹操又送信给韩遂，信上涂抹圈点处很多，马超见到信函，更加疑心。曹操料对方已经互相猜疑，决战，先用轻装部队突击，厮杀良久，然后投入野战军主力，大破马超联军。韩遂、马超逃奔凉州。
在平定关中的渭水大战中，关中军阀每多一个部队到达战场，曹操都大喜，将领们不解，曹操解释：关中辽阔，道路遥远，这些叛军如果留在各自大本营，就得长途行军，一一击破，没有一两年时间不可能平定。而今他们全部集中在一起，人数虽多，却谁也不服谁，三军没有统帅，一战即可平定。
