刘璋又听信了张松的话，派遣军议校尉法正前往邀请刘备入川。
法正暗中向刘备献计策，刘璋懦弱，倘若以张松作为内应，趁机攻占益州易如反掌。
刘备大喜，于是留下诸葛亮、关羽等人镇守荆州，率领万余人逆江西进，前往益州。
主簿黄权听说后，竭力劝阻刘璋，从事王累更是则把自己倒吊在州府大门之前，不惜以死劝谏刘璋。
刘璋一概不听，而且还下令沿途官府对刘备的军队予以接待，让刘备进入益州，有宾至如归之感。
刘备的军队达到江州北面，再经过垫江县走水路到达涪县（今四川绵阳）。涪县距离成都北面三百六十里，刘璋亲自带领步骑三万多人前往涪城与刘备相会。
张松暗中让法正告诉刘备，刘璋前来，正好趁机将他拿下，不费一兵一卒就能夺取益州。
刘备认为初入益州，恩威未定，不可冒然动手。刘璋表奏朝廷推举刘备为大司马，兼任司隶校尉；
刘备也表奏朝廷推举刘璋为镇西大将军，兼任益州牧。刘璋到达涪县，两军相会，欢宴百日。
刘璋资助刘备粮草甲兵，让他率军攻打汉中张鲁，然后告别刘备，返回成都。
建安十七年（公元212年），刘备的军队驻扎在葭萌县（今四川广元昭化境内），收揽人心。
曹操南征孙权，孙权向刘备求援。刘备向刘璋请求派兵万人，给予粮草资助，但刘璋只答应派兵四千，粮草减半。
恰逢张松写信给法正，奉劝刘备不可离开。兄长张肃得知张松的阴谋，担心被连累，向刘璋告密，刘璋于是诛杀张松，又命令益州各路关口不许刘备的军队通过。
刘备在谋士庞统的建议下，诱斩刘璋的部将杨怀、高沛，然后率兵攻打刘璋，进占涪城（今四川绵阳）。
建安十八年（公元213年），刘璋派遣部将张任、吴懿等人率兵前往涪城阻击刘备，全都战败，退守绵竹，吴懿率部投降刘备。
刘备率军攻打绵竹，刘璋又派遣部将李严、费观等人前往阻击，李严、费观径直率部投降刘备。
刘备的军队势如破竹，在雒城（今四川省广汉市）包围刘璋的儿子刘循。
建安十九年（公元214年），诸葛亮、张飞、赵云等人溯江而上，攻占巴郡。同年夏天，刘备攻破雒城，与诸葛亮、张飞等人合兵一处，包围成都。
法正写信给刘璋，分析形势，劝他出城投降，刘璋没有回信。恰逢偏将军马超从汉中率众前来投奔，刘备大喜，让马超的军队驻扎在城北。
刘璋得知后，深感恐惧，而蜀郡太守许靖打算出城投降，事情败露，刘璋也没有诛杀他。
刘备围困成都数十天，当时成都城里还有精兵三万，粮草可以支撑两年，众将士都打算坚守力战。
刘璋却认为，自己和父亲主政益州二十多年，没有给百姓带来实惠，如今反而让百姓承受了三年的战乱，心中不安。
刘璋于是派遣使者拜见刘备，刘备又派从事简雍入城劝说刘璋。刘璋素来敬重简雍，于是打开城门，献城投降。
刘备既得益州，将刘璋安置到南郡的公安县，把家产及振威将军的印章和绶带都还给刘璋。
建安二十四年（公元219年），孙权袭杀关羽，占领荆州，任命刘璋为益州牧，驻扎在秭归县（今湖北宜昌）。
不久，刘璋病逝。刘璋死后，南中地区的豪强雍闿占据益州郡反叛刘备，投降孙吴。孙权又委任刘璋的儿子刘阐为益州刺史，驻守在交州与益州的交界处。
后来刘阐投奔孙吴，官至御史中丞。刘璋的另一个儿子刘循则被刘备留在成都，担任奉车中郎将。
东汉末年，天下大乱，豪杰并起，皇室宗亲刘璋坐拥益州天府之土，却不像曹操、袁绍、孙策等人逐鹿中原，建功立业，更不像后来占据益州的刘备、诸葛亮那样四处征伐，图谋兴复汉室，一统天下。
刘璋胸无大志，在当时可谓天下皆知，隐居隆中的诸葛亮对刘璋的评价是“刘璋暗弱”，“民殷国富而不知存恤，智能之士思得明君”，劝刘备早日下手。
刘璋与刘备这样的世之枭雄相比或许暗弱，但说他不知存恤百姓，则是诸葛亮的污蔑。
实际上，刘备能够鸠占鹊巢，抢夺益州，既得益于刘璋暗弱，也与刘璋心系百姓有很大关系。
也可以这样说，正是因为他心系百姓，他才被诸葛亮、刘备这样的人视为“暗弱”。
建安十六年，公元211年，刘璋得知曹操将讨伐汉中张鲁，担心祸及益州，恐惧异常，遂不顾众人劝阻邀请刘备入蜀，助他保卫益州北境。
刘璋此举可谓引狼入室，诸葛亮早在隆中对时就建议刘备夺取益州作为根据地。
如今机会送上门来，刘备自然不会放过，“将步卒数万人入益州”，也就是说刘备亲自率领数万大军进入益州。
刘璋喜出望外，把刘备当亲兄弟对待，向其军队提供了巨额物资