姜维从桥头至阴平，一路向南撤，途中与正在北上的廖化、张翼、董厥等蜀汉援军会合。听闻关城丢失，蜀军只有退守剑阁，抵抗魏军。剑阁在今四川剑阁县，西有相连的小剑山和大剑山，地形险峻，道小谷深，易守难攻，姜维利用这种利于防守的地形，在此列营守险。刘禅也派人向东吴求救，吴国派出丁封、孙异等救蜀。
钟会大军被蜀军阻于剑门关外，不能前进。但剑阁又是通往成都的主要通道，不能放弃。于是钟会致书姜维：“公侯以文武之德，怀迈世之略，功济巴、汉，声畅华夏，远近莫不归名。每惟畴昔，尝同大化，吴札、郑乔，能喻斯好。”劝原为魏人的姜维归降。姜维不予回答。钟会文笔虽佳，面对天险，还是得用武略攻之。然蜀军保险拒守，魏军攻关不克，又是孤军深入，运粮不便，于是钟会便商议退兵。
在这个关键时刻，邓艾提出了一条奇策，建议“从阴平由邪径(小道)经汉德阳亭(今四川剑阁西北)趣涪(今四川绵阳东)，出剑阁西百里，去成都三百余里，奇兵冲其腹心，剑阁之守(指蜀军)必还，则钟会方轨(两车并行)而进；剑阁之军不还，则应涪之兵寡矣。……今掩其空虚，破之必矣。”
邓艾策略的要点是，魏军应趁蜀军大受挫折时乘胜追击。从阴平绕小道攻涪城，这样姜维若从剑阁来援，则剑阁势孤易破，钟会大军即可前进；若蜀军不援涪，魏军便可破涪，切断姜维后路，并可直指成都。这条计策被接纳了，并由邓艾执行。
邓艾挑选精兵，想避开剑阁从汉德阳进入江由、左儋道，到达绵竹，趋近成都，邀请诸葛绪一同前行。但诸葛绪认为朝廷只命令他拦截姜维，没有让他向西进发，于是拒绝邓艾联军之议，率军东去白水(白水县)，与钟会会师。同时钟会派田章从剑阁西的道路进攻江油，田章破蜀军三校，后受邓艾节度为先锋。不过，钟会为扩大军权，密告诸葛绪畏懦不前，使其被征还洛阳，其部归属钟会。
这年十月，邓艾率军三万自阴平道出发。从阴平到江油，高山险阻，人迹罕至，也因此蜀汉未在此设防。邓艾军一路攀登小道，凿山开路，造作桥阁。时"山高谷深，至为艰险。又粮运将匮，频于危殆"。面对不能开道的绝险之地，邓艾身先士卒，"以毡自裹，推转而下，将士皆攀木缘崖，鱼贯而进"。穿过七百多里的荒无人烟之地，克服种种难以想象的困难后，魏军终于通过了阴平险道，到达江油。
江油关亦是“关口险峰壁立，直插云天；关下江流湍急，浊浪翻卷”的天险，但蜀江油守将马邈见魏军奇迹般出现，大惊失色，不战而降。
江油失守后，刘禅派卫将军诸葛瞻抗击邓艾，诸葛瞻下属黄崇劝告说：“宜速行据险，无令敌得入平地。”但诸葛瞻犹豫不决，被邓艾夺取了险地。诸葛瞻督军到涪城并与魏军发生战斗，邓艾大败诸葛瞻前锋，诸葛瞻被迫退守绵竹。邓艾遣使致书诸葛瞻劝降说：“若降者必表为琅邪王。”诸葛瞻怒斩使者。邓艾立即派其子邓忠及师纂等，从左右两面进攻蜀军。一开始魏军进攻失利，邓艾大怒，扬言要斩邓忠、师纂，命二人再战以将功补过。结果二人大破蜀军，斩杀诸葛瞻及张遵、黄崇等人，魏军占领绵竹，并立即进军成都。
此时蜀汉政权的中心成都被魏军逼近。虽周边要隘尚在，仍存半壁江山，外有东吴援军；主力部队姜维、廖化等仍在抵抗，但无力再分兵支援成都。邓艾入阴平时，百姓慌乱骚动，纷纷逃进山林荒野，不能禁止。邓艾破诸葛瞻的消息威慑整个蜀汉，诸县长吏有望风而降的，有弃官而逃走的。成都军民士气已降到谷底。
西：郫县令常勖固城拒守，还有汶山郡之汶山、龙鹤、冉駹、白马、匡用五围牙门之兵可用。
东：姜维大军进于郪县。亦有罗宪在江州。
南：霍弋镇守南中六郡，原部署好部队北上，可以增援成都。
北：重镇雒城尚未失陷，姜维军离此七十里。汉中诸围守在柳隐、蒋斌、王含拒守。
当时蜀汉兵多在剑阁，成都兵少。蜀君臣听闻魏军到来之时，皆不知所措。有人建议先逃向南中地区，也有人建议东投孙吴，其中谯周力主降魏，群臣多附和。十一月，刘禅接受谯周意见，开城降魏，同时遣使令姜维等投降。蜀汉正式灭亡。
坚守于剑阁的姜维，先闻诸葛瞻兵败，但未知刘禅的确切消息，恐腹背受敌，便引军东入巴中。钟会率魏军进驻涪城，另派胡烈、田续、庞会等追赶姜维。姜维再退到郪县，得知真实情形后，便率廖化、张翼、董厥等人向钟会投降。
邓艾灭蜀后，为刘禅请封扶风王，又上书伐吴，引起司马昭猜忌。此时钟会野心膨胀，与卫瓘、胡烈等人上书说邓艾有谋反迹象，导致邓艾父子被捕，发往洛阳。收押邓艾后，钟会独大于蜀中，与希望恢复汉室的姜维联合发动叛乱。
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