然而刘备在法正的建议下，采取反客为主之计，不顾后勤线被截断的危险，冒险带着大军翻越崇山峻岭，绕到夏侯渊背后的定军山，在此安营扎寨！
夏侯渊见本方制高点被占，而且面临东、南两面夹击的危险，因此他亲率本部军队，与刘备争夺定军山。其后，法正给刘备出了三条毒计：
首先，他让刘备烧掉曹军布置的路障，直接威胁曹军。为防刘备下山，夏侯渊命张郃护东围，而自己到南围抵御刘备。就这样，有勇无谋的夏侯渊失去了张郃的辅佐，势单力孤。
其后，法正建议，先猛攻张郃。很快，张郃便被刘备优势兵力打得溃不成军。为了支援张郃，夏侯渊又分出一半兵力支援张郃。
此时，夏侯渊部已经被严重削弱，法正在等待一个时机，一个彻底*死莽夫夏侯渊的时机。果然，热血上头的夏侯渊竟只带400亲兵修补路障。看到这里，法正当即建议刘备：“可击矣。”
随后，刘备擂响战鼓，命黄忠居高临下冲击夏侯渊。夏侯渊猝不及防，被斩于马下。夏侯渊战死后，刘备夺取了大半个汉中。而此时，曹操亲率的援军却姗姗来迟。由于刘备占据了地利，因此他得意地说：“曹公虽来，无能为也，我必有汉川矣。”
此后，刘备与曹操交战，占尽了上风。然而刀箭无情，战场上险象环生。刘备老兵之血发作，竟亲赴前线指挥，箭矢向雨点一般射向刘备。法正见刘备危险，竟不顾自身安危，挡在主公面前。看到这里，刘备急忙喊：“孝直，避箭！”但法正却坚定的说：“主公都避箭，何况我？”刘备生怕法正重蹈庞统覆辙，赶紧说：“孝直，你和我一起退到后方吧！”
最终，刘备赢得了大战，曹操灰溜溜地撤出了汉中。走之前，他还灰溜溜地说：“我自以为收罗了天下智谋之士，怎么唯独少了法正？”由此可见，法正为刘备夺取汉中之战立下了头功。
但在刘备夺取汉中不久后，法正却因积劳成疾而去世，年仅45岁。很显然，汉中之战夺去了他全部的精力，直接造成了他的死亡。对此刘备痛哭失声，一连哭了好几天，这是刘备在正史中唯一一次哭泣。
其后，刘备惨败于东吴陆逊之手。战后，诸葛亮悲叹道：
“法孝直若在，则能制主上，令不东行；就复东行，必不倾危矣。”
其中，前面十个字最关键。在他看来，只有法正能劝动刘备，甚至连自己都不行。只有法正在，必不会让刘备东伐孙吴。即使讨伐了孙吴，也不会败得那么惨，因为法正必能看破陆逊的诡计，甚至可以反败为胜。
