李严投降后，导致绵竹失守，张任和刘璝等人退至雒城，与刘璋之子刘循共同在此抵御刘备的进攻。刘备包围雒城近一年，最终攻破此城，成都门户大开，后刘备又得到了大将马超相助，刘璋遂降，益州就此为刘备所占据。
【法正劝降】
刘备率领大军包围雒城之后，已经背叛刘璋的法正不顾廉耻写信（注1）给其劝降，但刘璋拒绝了投降。
在历史上那些背逆的人中，法正绝对可以谈得上是一个代表人物。他在暗中勾结刘备并且出卖自己的君主刘璋后，还厚着脸对刘璋自己是忠心的，还敢劝刘璋投降，并且还是一副为了刘璋好的态度。
可以法正这个益州集团的内部人员反而伤的刘璋最深。
从旁观者的角度来看，可以法正的确有恶心，有些不要脸不要皮。但法正这样也却有着响应的底气，因为当时的局面对于刘璋是真的很不利。
当时益州主要包括蜀郡、犍为、越隽、牂柯、永昌、汉中、广汉、巴西、巴东、益州（益州有益州郡的）等郡，犍为以南的越隽、牂柯、永昌、益州四郡在益州南方，和成都较远，同时力量相对弱，汉中郡被张鲁所割据，广汉、巴西、巴东、犍为已经基本被刘备所得，蜀郡也只有成都和雒城一带还在刘璋手中，在这种情况下刘璋的希望的确不大了。
然而这也不代表刘备就能轻松夺取益州了，要不然的话法正也没必要写信劝降刘璋了，在当时孙权和刘备之间的关系已经开始恶化，孙权甚至已经接走了自己的妹妹孙夫人，而曹操随时可能发兵再次南下入侵荆州，或者是夺取汉中，刘备的外部局势是不容乐观的，在这种情况下刘备需要早日平定益州，以减少变数。
但刘璋并不甘心的，当时雒城是由刘璋的儿子刘循守卫，刘璋依然怀有希望，所以在雒城没有失陷之前，刘备没有打到成都之前，刘璋是不会投降的。
【攻破雒城，包围成都】
刘备进军包围雒城后，张任勒兵≦≦≦≦，∷.c≡o于雁桥，却战败被擒。刘备听闻张任之忠勇，令军士劝降张任，张任厉声答道：“老臣我终究是不会侍奉二主的。”于是被杀，刘备为之叹息。后雒城被围近一年才被攻克。
夺取雒城后，刘备率军与张飞、诸葛亮、赵云等人合围成都，但当时成都城内还有有三万精良部队，粮食也够支持一年，加上城内百姓也不希望投降，所以刘璋依然有一战之力。
但很快刘备派建宁督邮李恢降马超，刘备知道马超要来投后，高兴的道：“我得到益州了！”于是派人去迎接马超，且偷偷把自己的一支军队给马超，让马超率兵合围成都。马超率领兵马径直到成都，屯兵于城北，城中所有人都因为马超威名而惊恐，不到十天的时间，成都军民就崩溃了。
刘备于是派简雍劝降刘璋，刘璋：“我父子在益州二十多年，没有给百姓施加恩德，却打了三年，许多人死在草莽野外，只是因为我的缘故。我怎么能够安心！”于是打开城门，与简雍同车出城投降，部下没有不哭的。
建安十九年（14），刘焉、刘璋父子在益州长达二十六年的统治就此落下帷幕，刘备成为了益州新的主人。
【刘璋后事】
刘璋归降后，刘备将其迁至公安，并将财物归还于他，再让其佩振威将军印信。刘璋有两个儿子，其长子为刘循，妻子是庞羲之女，曾经在刘备攻益州时，在雒城驻守抵抗刘备的攻势长达一年，刘璋投降后，由于岳父庞羲的推荐，一直在蜀汉任职，拜为奉车中郎将。
东吴孙权杀关羽，得荆州后，刘璋在荆州也为孙权所控制，孙权遂以刘璋为益州牧，驻于秭归，但是不久刘璋病死。
刘阐是刘璋次子，一名纬，在刘备失去荆州后，刘阐曾经于蜀汉雍闿等地作乱之时，刘璋去世之后，再被东吴任命为益州刺史，驻守在交州、益州边境。诸葛亮平南蛮后刘阐归吴，官至御史中丞。
魏晋时期史学家张璠曾经评价刘璋，到：“刘璋愚弱而守善言，斯亦宋襄公、徐偃王之徒，未为无道之主也。张松、法正，虽君臣之义不正，然固以委名附质，进不显陈事势，若韩嵩、（刘光）〔刘先〕之刘表，退不告绝奔亡，若陈平、韩信之去项羽，而两端携贰，为谋不忠，罪之次也。”
【大赏功臣】
刘备夺取益州之后，他兼任益州牧，以诸葛亮为辅佐，法正为谋士，关羽、张飞、马超为武将，许靖、糜竺、简雍为幕僚，其他如董和、黄权、李严等原是刘璋授用的官员，吴壹（即吴懿）、费观等又是刘璋的姻亲，彭羕又为刘璋所排挤，刘巴为过去遭忌恨之人，刘备均安排在显要的职位上，使他们充分发挥自己的才能，于是有志之士，竞相劝勉尽力。
入蜀后，刘备大赏功臣，他赐予诸葛亮、法正、张飞及关羽四人黄金各五百斤，白银千斤，钱五千万，锦千匹，作为诸将中最高赏赐。诸葛亮受任为军师将军，署左将军府事，法正被任命为蜀郡太守、扬武将军，任命张飞为巴西太守。
而刘备拜麋竺为安汉将军，地位还在军师将军诸葛亮之上，赏赐虽然不是但待遇是众臣之中最高的，简雍则被拜为昭德将军，待遇仅次于麋竺，与孙乾相同。
其他如马超则被任命为平西将军，并命他总督临沮军事，爵位还是之前的都亭侯，赵云为翊军将军，黄忠为讨虏将军，刘封为副军中郎将。
【娶妻吴氏】
刘备入蜀后，孙夫人被孙权派兵接走，为了拉拢蜀中大族，刘备麾下劝其取吴懿之妹，后世即为吴夫人。
吴氏兄妹早年丧父，他们的父亲生前一直与刘焉交情深厚，所以全家跟随刘焉来到蜀地。后来，刘焉心怀不臣之心，听相面者相吴氏的面相后她将是大贵之人。当时跟随刘焉身边的儿子只有刘瑁，于是他为儿子刘瑁娶了吴氏。
但刘焉死后，蜀中大臣推荐了更容易控制的刘璋，而不是刘瑁，后来，曹操南下荆州，刘璋派出使者拉拢曹操，结果刘瑁无辜躺枪，被曹操封为地位比刘璋还高的平寇将军，刘璋没办法找曹操的麻烦，于是刘瑁就很快去世了。刘瑁死后，吴氏遂在刘家守寡。
建安十九年（14），刘备平定益州，当时刘备夫人孙氏（孙夫人）返归东吴，群僚劝刘备聘娶吴氏。刘备考虑到自己与刘瑁同族而有所犹豫，法正进言劝：“论远近亲疏，这种关系哪有晋文公与子圉之近呢？”晋文公逃难到秦国时曾娶了亲侄晋怀公子圉的妻子怀嬴。法正认为晋文公尚且可以娶亲侄之妻而未遭到礼法的抨击，何况于刘备与刘瑁之间还不是亲戚关系。刘备遂纳吴氏为夫人。
东晋著名史学家习凿齿评论：“夫婚姻，人伦之始，王化之本，匹夫犹不可以无礼，而况人君乎？晋文废礼行权，以济其业，故子犯曰，有求于人，必先从之，将夺其国，何有於妻，非无故而违礼教者也。今先主无权事之偪，而引前失以为譬，非导其君以尧、舜之道者。先主从之，过矣。”
建安二十四年（19）七月，刘备自称汉中王，立吴氏为汉中王后。黄初二年（1）四月初六日，刘备登基称帝，建立蜀汉政权，改年号为章武。五月十二日，刘备立吴氏为皇后，并下册文：“朕承顺天命，登位至尊，君临天下。现在册立汉中王王后为皇后，特派使持节、丞相诸葛亮授皇后玉玺印绶，承命宗庙，母仪天下，皇后应恭敬谨肃！”
章武三年（）四月二十四日，刘备在永安宫去世，时年六十三岁。五月，刘备太子刘禅在成都即位，改年号为建兴，尊奉嫡母皇后吴氏为皇太后，吴氏所居宫室称为长乐宫。延熙八年（45）八月，皇太后吴氏去世，谥号穆皇后，葬入刘备的惠陵。
注1：及军围雒城，正笺与璋曰：“正受性无术，盟好违损，惧左右不明本末，必并归咎，蒙耻没身，辱及执事，是以损身於外，不敢反命。恐圣听秽恶其声，故中间不有笺敬，顾念宿遇，瞻望悢々。然惟前后披露腹心，自从始初以至於终，实不藏情，有所不尽，但愚闇策薄，精诚不感，以致於此耳。今国事已危，祸害在速，虽捐放於外，言足憎尤，犹贪极所怀，以尽余忠。明将军本心，正之所知也，实为区区不欲失左将军之意，而卒至於是者，左右不达英雄从事之道，谓可违信黩誓，而以意气相致，日月相迁，趋求顺耳悦目，随阿遂指，不图远虑为国深计故也。事变既成，又不量强弱之势，以为左将军县远之众，粮谷无储，欲得以多击少，旷日相持。而从关至此，所历辄破，离宫别屯，日自零落。雒下虽有万兵，皆坏陈之卒，破军之将，若欲争一旦之战，则兵将势力，实不相当。各欲远期计粮者，今此营守已固，谷米已积，而明将军土地日削，百姓日困，敌对遂多，所供远旷。愚意计之，谓必先竭，将不复以持久也。空尔相守，犹不相堪，今张益德数万之众，已定巴东，入犍为界，分平资中、德阳，三邈道侵，将何以御之？本为明将军计者，必谓此军县远无粮，馈运不及，兵少无继。今荆州道通，众数十倍，加孙车骑遣弟及李异、甘宁等为其后继。若争客主之势，以土地相胜者，今此全有巴东，广汉、犍为，过半已定，巴西一郡，复非明将军之有也。计益州所仰惟蜀，蜀亦破坏；三分亡二，吏民疲困，思为乱者十户而八；若敌远则百姓不能堪役，敌近则一旦易主矣。广汉诸县，是明比也。又鱼复与关头实为益州福祸之门，今二门悉开，坚城皆下，诸军并破，兵将俱尽，而敌家数道并进，已入心腹，坐守都、雒，存亡之势，昭然可见。斯乃大略，其外较耳，其余屈曲，难以辞极也。以正下愚，犹知此事不可复成，况明将军左右明智用谋之士，岂当不见此数哉？旦夕偷幸，求容取媚，不虑远图，莫肯尽心献良计耳。若事穷势迫，将各索生，求济门户，展转反覆，与今计异，不为明将军尽死难也。而尊门犹当受其忧。正虽获不忠之谤，然心自谓不负圣德，顾惟分义，实窃痛心。左将军从本举来，旧心依依，实无薄意。愚以为可图变化，以保尊门。”