曹操脱险后率主力顺着黄河向北转进，也到达蒲阪津，这里已被曹军占领，所以没有太费事大军就渡过了黄河，抵达黄河西岸的临晋县境内，该县属三辅之一的左冯翊，位置约在今陕西省大荔县附近。
等于说，曹军已绕到关中联军的左翼，关中联军所依赖的潼关天险已不存在了，曹军两渡黄河，这是马超、韩遂没有料到的。
但来到了黄河西岸的曹军也面临着严峻的问题，他们发现这里的道路状况很差，很难满足这么多人马以及后勤运输车辆调动的需要。时至今日黄河两侧的陕西、山西一带仍然存在交通不畅的问题，原因是黄河及其众多支流把这一带劈成了沟壑纵横的模样。
关中联军迅速调整部署，利用地理优势，不断派出小分队袭扰曹军，尤其是曹军的运输队最容易遭到袭击。为了解决这个问题，曹操下令快速修成了一条甬道。
甬道，一种全封闭的道路，类似现在的高速公路，本来是皇帝专用的，皇帝出行为了保证安全，路的两边筑起墙来保护。甬道也曾用于军事，楚汉战争时刘邦为了保证源源不断从敖仓运出粮食，专门在荥阳修过一条甬道。
用墙来封闭整条道路肯定耗时费力，曹操下令修的这条甬道用的不是墙而是各式车辆，中间用树枝做成连续不断的栅栏。尽管有些简陋，但这一招很管用，有效抵挡了敌人的袭扰，保证了人马和粮草的运输。
打仗其实是很艰苦的事，时常会用到工兵作业，当年在安众为了突围曹操临时使用过“地道战”，如今又打起了“甬道战”，没有强大的工兵还真不行。
在甬道的帮助下曹军不断向南推进，一直来到了渭口，即渭河与黄河的交汇处，也就是潼关所在的位置。之前关中联军与曹操“夹关而军”，一个在潼关的西面，一个在东面。现在位置发生了迁移，变成了“夹河夹军”，一个在渭河的南面，一个在渭河的北面。
渭河是黄河最大的支流，但水流量和险峻程度远逊于黄河，从渭河上攻击敌人要轻松许多。曹军搜集了不少船只，可以乘船渡河，同时工兵又大显神威，迅速在渭河上架起了一座浮桥。就这样，曹军又顺利渡过了渭河，在南岸扎起一座军营。
现在，对关中联军来说相当不妙了。
关中联军不仅失去了潼关天险，现在连渭河防线也没有保住，地理优势已不复存在。马超慌了，组织人马出击，他能想到的是趁夜劫营，但这种小儿科的事曹操怎会想不到？曹军有准备，将敌人击溃，之后曹军的全部人马都到了渭河南岸的军营，与关中联军对垒。
此时已经是农历的九月，由于这一年闰八月，九月相当于十月，天气很寒冷。曹军在渭河边筑营时发现，这里都是沙土地，异常疏松，不利于就地筑营。这个情况事先无法预料，一时难坏了曹操，谋士娄圭建议：“现在天很冷，可以用沙土筑城，一边筑一边浇水，马上就能结成冰，这样的营垒像铁一样坚硬，一夜之间就能筑起百道营墙，一定固若金汤！”曹操一听有理，就下令筑“冰营”，果然一夜而成。
曹军在渭河南岸站住了脚，马超多次来挑战，曹操不理，马超受挫，陷入深深的焦虑中。马超觉得还是曹操强大，自己没有取胜的信心，于是请出求和，愿意送儿子做人质，以表忠心。马超还是太天真，这个时候讲和已经不可能，曹操完成了对关中联军的攻击部署，一战即可解决关中问题，怎么会放弃？马超能做的，要么放手一搏，至少当个失败的英雄；要么赶紧撤退，回到凉州徐图再起，跑得越快越远越好。
如果想求和，那就让人捆了送到曹操面前任其发落。想谈判，马超已经没有本钱了。
但对马超的请求曹操没有立即回绝，他还在深思。看到这种情况，贾诩悄悄建议不如假装答应他们。曹操问贾诩，答应之后怎么办，贾诩只简单说了几个字：“离之而已。”
曹操恍然大悟，马上明白了其中的意思。对凉州军贾诩再熟悉不过了，他最早就是凉州军出身，是董卓手下的一名校尉，后来成为一名智囊。他知道凉州军将领虽然作战勇猛，但有一个通病，那就是多疑，马超与韩遂不和，正好可以做文章。
曹操复信马超，同意谈判。双方会面，曹操带着许褚等少数护卫赴约，关中联军一方是马超和韩遂。见了面，马超却有些心不在焉，他发现曹操身边的人并不多，他是一名虎将，突然产生了袭击曹操的想法。
马超正准备动手，猛地发现曹操背后有一个大汉，正直勾勾地盯着他看，目光逼人，充满杀气。马超吃了一惊，他早就听说曹操身边有个叫许褚的人力大无比，勇猛异常，难道是他？马超停下来，装着轻松的样子问曹操：“听说您手下有个虎侯，不知道现在何处？”曹操回头一指许褚，说这就是我的虎侯。许褚勇冠三军，军中号“虎痴”，又被封为关内侯，因此有“虎侯”的美誉。
马超想了想，没敢轻举妄动。
这次见面没有取得实质性成果，没说打，也没说和，双方约定再谈。等到再见面时，不知何故，这一次只有韩遂去了。
韩遂和马腾齐名，但他们的出身却大不相同。马腾早年是一名伐木工，地地道道的“穷N代”。韩遂出身好得多，他的父亲举过孝廉，而且跟曹操是同一年举的孝廉，当时全国一年被推举的孝廉最多也不过几十个人，算是一种缘分，有点类似后世同一年中进士被称为“同年”，韩遂本人是朝廷正式任命过的征西将军，跟曹操又是同僚关系，因为上面这两个原因，韩遂自己觉得跟曹操“不是外人”，会谈的气氛很好。
说话中曹操跟韩遂越走越近，两匹马不知不觉中走到了一块，两人聊了很久，他们的谈话没有切入正题，而是叙了些旧事家常，说得高兴处，还拍手欢笑。
为保证曹操的安全，曹军士兵在俩人谈话的区域之外放置了很多木头做的障碍物，这样其他人只能在很远的地方看他们而听不到他们具体说些什么，但能看出来他们谈得很投机。那时天下没人不知道曹操的大名，包括从凉州来的少数民族士兵也是一样，但见过曹操的却很少，他们都想近距离看看曹操长得什么样。
看到这种情形，曹操高声对关中联军将士开玩笑道：“大家想看我曹操吗？我也是人哪，没有四只眼睛两张嘴，只不过智慧多一些罢了！”现场大乐，气氛更加轻松，场面不像是打仗，倒像是为曹操专门举办的明星演唱会，下面净是粉丝。
韩遂不知道这正是曹操的计谋，而这个计谋的发明人还是他自己。十六年前，大体上也是在关中地区，韩遂用阵前拉家常这一招让李傕和樊稠翻脸，从而导致樊稠被杀，当时的那一幕有个人一直在阵前观看，这个人就是贾诩，他向曹操提出离间计的时候，脑子里肯定闪过的是这一幕。现在曹操好比是韩遂，马超和韩遂好比是当年的李傕和樊稠，招数不在于是否新鲜，实用就行，以贾诩的机敏，临时克隆了这一招，反过来给韩遂用上，而韩遂还被蒙在鼓里。
马超中招了，韩遂回来后马超问他跟曹操在阵前谈了些什么，韩遂想了半天也想不出来谈过什么正经事，于是老实回答说没什么。
这让马超更疑心了，韩遂本来态度就不坚决，是自己反复争取他才参与造反的，他的儿子现在还在曹操手中，他跟曹操之间素无深仇大恨，这样的人随时可能被曹操拉拢过去，要是那样就糟了。
更让马超起疑的事随后发生，他手下的士兵截获一封信，是曹操派人送给韩遂的，这封信写得很神秘，净是让人看不懂的话，而且上面涂涂改改。马超确信这是曹操与韩遂密谋的证据，关中联军于是军心大乱，到了草木皆兵的程度，无心考虑眼前的敌人。
火候差不多了，曹操下达总攻击令。
总攻前，曹军先以小股部队进行袭扰，反复冲击，使敌人疲于应对。之后，以虎豹骑为主力突然纵兵杀出，敌人大败，成宜、李堪等人被斩于阵前，韩遂、马超率残部逃到凉州，杨秋逃到安定，程银、侯选逃到汉中，长安重新回到曹军手中，关中平定。
潼关之战打得很漂亮，从战略布局到战役指挥都显示出曹操的高超军事指挥艺术。战役初期曹操故意放慢攻击节奏，让敌人集结，之后及时分兵，巧施甬道、浮桥、冰营，克服了地理上的劣势，又巧用疑兵，关键时刻上演离间计，瓦解了敌人的斗志，使决战毫无悬念。