景元四年（263年），十月，邓艾趁姜维被钟会牵制在剑阁，率军自阴平沿景谷道东向南转进，南出剑阁两百多里，钟会也派部将田章等跟进。邓艾率军攀登小道，凿山开路，修栈架桥，鱼贯而进，越过七百余里无人烟的险域。山高谷深，至为艰险。途中，粮运不继，曾多次陷入困境。部队走到马阁山，道路断绝，一时进退不得，邓艾身先士卒，用毛毡裹身滚下山坡。
邓艾攻克绵竹，斩蜀将诸葛瞻及尚书张遵等人。绵竹陷落后，蜀军全线崩溃。邓艾乘胜进击，一鼓作气逼近成都。蜀汉后主刘禅惊恐失据，感到大势已去，在主降派劝导下，派人送上皇帝的印绶，并写信到邓艾那里请降。邓艾率军入成都，蜀汉灭亡。
攻下成都的邓艾志得意满，居功自傲。他事先没有跟钟会或者司马昭商量，便全权处理了战后事宜，并以皇帝的名义给蜀汉的官员都授予了官职。然后他又给司马昭上书，既没有感谢国家，也没有感谢领导，只是说我们应该给刘禅封王，然后如何如何平定吴国。这种专擅的举动很快就刺激到了司马昭敏感的神经，使得本来就不怎么信任邓艾的他猜忌更加深刻。他通过卫瓘劝邓艾："事当须报，不宜辄行"，意思是领导还没发话你别乱搞。然而邓艾已经被胜利蒙蔽了双眼，一点没有意识到危险，反而说："承制拜假，以安初附，谓合权宜"，意思是将在外君命有所不受，再说我的出发点是好的，你就别操心了。钟会见邓艾居功自恃，乘隙向司马昭诬告其谋反，说他作的事情悖逆不道，已经露出叛乱的苗头。于是，朝廷下诏书派监军卫瓘逮捕邓艾父子，用槛车将其送到京都来，邓艾仰天长叹："我是忠臣啊，居然到这种地步，白起的境遇，于今又重现了。"景元五年（264年），监军卫瓘因其参与诬谄邓艾，遂派护军田续追杀邓艾父子于绵竹（今四川德阳）西。邓艾在洛阳的余子也被诛杀，邓艾妻和孙子被发配到西域。
邓艾在战争中目光远大，见解超人，具有难得的战略头脑。作战中料敌先机，始终能掌握战场的主动权，在与姜维的数次交战中未尝败绩。其偷渡阴平一役，堪称中国战争史上历次入川作战中最出色的一次，已作为军事史上的杰作而载入史册。
