劉焉因為接連失地，兵馬損折極眾，所轄四郡之兵共有九萬，李嚴、張任、高沛帶領五萬精兵駐守梓潼，雍豈率領一萬兵馬駐守雲南，張翼率領一萬兵馬駐守建寧，成都守軍僅鄒靖、王平兩將所部二萬士兵。
諸葛亮用兵，向來以攻心為上，攻勢不急。李嚴接命後，使高沛率領一萬兵馬駐守梓潼，與張任帶兵四萬火趕往成都救急。諸葛亮命令諸將放李嚴入城，屢次派人招降劉焉，法正又從旁縱恿，劉焉欲降。
李嚴此時在側，道：「主公尚有四郡之地，兵馬九萬，為何不戰而降。成都不保，可赴建寧，建守不保，可赴雲南。借兵孟獲，收復失地。」劉焉從之，不降。
孔明見成都土層深厚，地表水深，命令軍士掘出一條地道，命魏延率精兵一萬趁夜而入，殺開南門，大軍殺進城去。
李嚴聞諸葛亮大軍入城，知道成都不保，與眾將保護諸將家小逃往建寧。謀士譙周、張紹、李恢擒，諸葛亮派嚴顏勸三人歸降，三人為嚴顏說服均降。
金旋聞成都已下，嚴顏等川將降者極多，他記起《三國演義》描寫嚴顏智勇雙全，治軍有方，封嚴顏為西川防禦使，負責西川各郡防務。嚴顏見金旋不以降將而見疑，大為感動，一生再無二心，忠心耿耿，恪守職責。
諸葛亮見西川降將多平庸之輩，薦金旋用為守備。金旋調嚴興、張允、向寵、杜遠赴西川歸諸葛亮調遣，命卓膺為廬江守備、鄧賢為赤壁守備、傅彤為建平守備、呂義為予章守備。諸葛亮以吳懿、吳蘭、雷同有將才，用之為副將，隨軍徵用。命李恢為成都太守，嚴興為成都守備。命譙周、張紹為從事，隨軍征戰。
成都諸事安排完畢，諸葛亮使嚴顏、張允、向寵、杜遠四將率領三萬五千降兵攻打梓潼。梓潼守將高沛，原為嚴顏部將，知道嚴顏本事，舉城納降。
諸葛亮命嚴顏、高沛率軍三萬駐守梓潼，命杜遠為梓潼守備。命張允、向寵率領本部兵回成都。諸葛亮操練兵馬完畢，留張允、向寵駐守成都，率領黃忠、魏延、朱恆三將，大軍七萬南下攻打建寧。
劉焉在建寧，兵力總數也是七萬，大將李嚴、張任、王平、張冀、劉循、鄒靖，謀士張松、王累、法正、董允、劉巴、秦宓。劉焉聞諸葛亮大軍來攻，任命李嚴為大將軍、張任副之，張松、秦密為軍師，率領王平等五將共六萬兵於城北要路紮營，阻擊諸葛亮大軍。
諸葛亮軍到，兩軍對圓，李嚴使鄒靖出戰，朱恆出馬相迎。鄒靖使雙刀，朱恆用一鐵錘，重三十八斤。相交二十餘合，鄒靖氣力不加，回馬待欲歸陣，朱恆坐騎為烏雅寶馬，拍馬迅追上鄒靖，一錘打落馬下，鄒靖腦漿迸裂，川軍搶其屍體回陣。王平復又出馬，與朱恆相交五十餘合，王平不敵，撥馬回陣。李嚴在鄒靖死後，知道朱恆馬快，策馬上前，距離戰場稍近，此時見王平不支，連忙拍馬上前，接應王平回陣，李嚴與朱恆交手百餘合，不分勝負。諸葛亮見朱恆連戰三將，恐其後力不繼，擔心有失，鳴金收兵。
法正又遣心腹送來密信，約定時日，欲獻城門。諸葛亮閱信大喜，自率黃忠、朱恆與李嚴纏鬥。卻讓魏延率領二萬精兵繞路襲擊建寧，法正按照約定，命令親兵打開西門，放魏延大軍進入。
川軍主要將領正與諸葛亮大戰，城中留守之人，皆非將才。劉焉親兵見大勢已急，李嚴等不能及時回救，殺出一條血路，救得劉焉父子逃往雲南，一班文人謀士，皆為魏延所擒。川將家眷，也為魏延所擄。魏延命軍士尋一僻靜園落，將川將家眷皆遷於內，撥親兵五百，保護川將家眷。城中安民事完畢，魏延分兵一半，使法正率領一萬五千名士兵守城，自己率領一萬五千士兵出城助戰。
李嚴所部眾將家眷，悉在城中，聞聽建寧陷落消息，將無戰心，兵無鬥意。諸葛亮見其軍心動搖，指揮各將同時出擊。李嚴大敗，欲要繞城退往雲南，正逢魏延所部出城，心慌意亂間，被魏延生擒。張任見李嚴被擒，率軍來救，又為朱恆擋住。西川軍主將被擒，更是慌亂，降者大半。張任一路收聚敗軍，共得三萬，退往雲南。
建寧一戰，諸葛亮又得降卒三萬，征西之兵，已達二十萬。諸葛亮見李嚴有大將才，親自出面說服，李嚴見劉焉大勢已去，決意投降。諸葛亮使李嚴、法正說降眾謀士，張松、王累、董允、劉巴降，秦宓寧死不屈，諸葛亮斬之以全其名，命軍士厚葬於建寧城東。
諸葛亮又命法正、朱恆等率軍分頭討伐建寧所轄各縣，十餘日，諸縣皆平。孔明整頓政務，命令譙周為建寧太守，張允為建寧守備。命令李嚴率領降卒一萬奔赴梓潼，幫助嚴顏駐防，防止馬騰所部。起用向寵為上將，率領二萬兵，隨軍征戰。此時江州守備到位，諸葛亮又調文聘所部趕赴建寧駐守，率領黃忠、魏延、朱恆、文聘、向寵五將十萬軍攻打雲南。
劉焉建寧大敗後，勢力更加單薄，只餘張任、王平、張冀、劉循、雍豈五將共四萬人馬，見諸葛亮率軍殺來，遣張冀攜重禮說蠻王孟獲來救。孟獲得重禮，不顧孟優阻攔，親率五萬蠻軍往援，尚未到達雲南城下，半途為黃忠、向寵伏兵殺退，折兵萬餘，退回蠻域。劉焉見大勢已去，捧出王印，帶張任等將赴諸葛亮大營請降。
諸葛亮平定西川，報捷長沙。金旋大喜，加封西川諸文武。封諸葛亮為威武侯，食桂陽三縣。率領所部十六萬在軍屯於永安，伺機攻取上庸。黃忠封衛侯、魏延封護侯，各率軍三萬，以王平為黃忠副將，張冀為魏延副將，隨軍出征；朱恆、文聘、周泰、譚雄、向寵，皆封列侯，各率軍二萬，隨軍出征。
任命法正為西川政務使，管理六郡政務，以劉巴為副；任命虞翻為西川治農使，管理西川六郡農事；任命王累為西川治庫使，管理西川糧倉武庫；任命董允為西川治學使，管理西川各郡學事；黃權為永安太守，周妨為江州太守，李恢為成都太守，譙周為建寧太守，張紹為雲南太守，張松為梓潼太守。以上諸人皆屬法正所管。命嚴顏為西川防守使，率兵八萬，總領六郡防務。命劉循為永安守備，駱統為江州守備，鮑隆為建寧守備，雍豈為雲南守備，杜遠為梓潼守備，高沛為成都守備。以上諸將，各率兵五千，歸嚴顏管轄。嚴顏自轄精兵二萬，又撥張允、雷同、嚴興為嚴顏副將，各統兵一萬，巡防各郡。嚴顏、法正皆直隸於龐統管轄。
金旋封劉焉為平侯，使舉家遷往零陵，不准其父子參與軍政諸事。封李嚴、吳懿、張任、吳蘭四將為將軍，赴長沙歸龐統分配。時龐統因金旋三處作戰，又調所屬二虎將三萬軍出武陵，防務空虛，將才缺少。聞訊大喜，分派四將各率一萬士兵奔赴要塞防守。