赤壁之战后，曹操深知孙刘联盟已成气候，绝非一时可以瓦解，因而对其采取战略防御，屯田、戍边，加强边防；以期取得时间，稳定地位，巩固权力，整肃、扩大、发展兵力，然后再谋用兵。
经过两年多的休养整顿、发展和军事演练，曹操的预期目标达到了，兵力、军需粮秣都得到了恢复和加强，又具备了征战的基本条件。于是曹操决定先西征马超、韩遂。
曹操为什么不继续南征孙权而西征马超、韩遂呢?原因有三个：第一，此时的曹操暂时不具备征战孙权、刘备的条件；第二，马超、韩遂陈兵西北，一直是曹操的心腹大患；第三，赤壁之战后，形势变化，孙权为了北面抗曹而将西联韩遂、马超。建安十五年(210)十二月，周瑜曾向孙权献计，要求允许他与孙权的堂兄弟、奋威将军孙瑜率兵“俱进取蜀，得蜀而并张鲁，因留奋威固守其地，好与马超结援”,然后自己回军与孙权“据襄阳以蹙操”。在周瑜看来，结联马超重要，认为是战胜曹操的重要条件。可惜，周瑜不久病死，其计未行。但周瑜的计策，对曹操却不能不有所震动。如想南征孙刘，西取巴蜀，就必须解除后顾之忧和前进中的障碍，因而马超、韩遂及其周围十数部异己力量不能不做根本解决。所以，西征马超、韩遂便成了军事对弈中必走的一步棋。
曹操的征伐目标本是马超、韩遂，但他们都是朝廷加封的命官，且无反叛迹象，讨伐无名。司隶校尉钟繇“求以三千兵入关，外托讨张鲁，内以胁取质任”。钟繇的计划给了诡谲的曹操以很大的启发，于是想到了“假道虞国以伐虢”之计，想到了声讨张鲁从而加速马超、韩遂造反的策略。
建安十六年(211)三月，曹操遣司隶校尉钟繇讨张鲁，使征西护军夏侯渊等将兵出河东，与钟繇会师共进。当时，马超、韩遂等主要兵力据守关中，张鲁的主要兵力也在汉中，操兵如出河东讨张鲁，大军必须从马超、韩遂地区通过。据载，出兵前，曹操使荀彧问计于治书侍御史卫觊。当时，卫觊因使益州，道路不通而留镇关中，卫觊对曹操的决策不以为然，认为“西方诸将皆竖夫屈起，无雄天下意，苟安乐目前而已。今国家厚加爵号，得其所志，非有大故，不忧为变也，宜为后图。若以兵入关中，当讨张鲁，鲁在深山，道径不通，彼必疑之。一相惊动，地险众强，殆难为虑。”荀或把卫觊的意见告诉了曹操，曹操“初善之”,但没有接受，仍按钟繇的建议行事。除卫觊之外，还有仓曹属高柔更没有理解曹操的意图，谏阻说： “今猥遣大兵，西有韩遂、马超谓为己举，将相煽动作逆。宜先招集三辅，三辅苟平，汉中可传檄而定也。”殊不知，曹操的目的就是促使韩、马反叛。不出曹操所料，关中诸将如马超、韩遂、侯选、程银、杨秋、李堪、张横、梁兴、成宜、马玩等十部皆反，其众十万，屯据潼关。
胡三省说： “操舍关中而远征张鲁，伐虢取虞之计也。盖欲讨超、遂而无名，先张讨鲁之势以速其反，然后加兵耳。”可谓一言中的，道出了问题的本质。
马超等人反，曹操便可名正言顺地发兵征讨了。
马超，字孟起，扶风茂陵人。父马腾，刘汉灵帝末与边章、韩遂等俱起事于西州；汉献帝初年，朝廷以韩遂为镇西将军，以马腾为征西将军。马腾、韩遂始甚相亲，结为异姓兄弟，继而失和，部曲相侵，相为仇敌，腾攻遂，遂亦攻腾，杀其妻子。建安初，曹操为安抚关陇，使司隶校尉钟繇、凉州刺史韦端进行和解。后曹操以马腾为卫尉，使其离开西北，居邺。马超以偏将军统父众，与韩遂合纵，并与杨秋、李堪、成宜等部相结合。
马超等既反，曹操即以征南将军曹仁行安西将军，自襄樊一线驱师北上，督诸将与马超等隔潼关相对；并下了一道严格的命令： “关西兵精悍，坚壁勿与战”。同时立即安排朝中事，以五官中郎将曹丕留守邺，以奋武将军程昱参丕军事，门下督徐宣为左护军，留统诸军；以国渊为居府长史，统留事。一切安置停当后，秋七月，时年五十七岁的曹操，不辞鞍马劳顿，再次驰骋疆场，率军出征。
这时，鉴于赤壁之战用短击长的教训，有人提醒曹操说：“关西兵强，习长矛，非精选前锋，则不可以当也。”曹操对诸将说： “战在我，非在贼也。贼虽习长矛，将使不得以刺，诸君但观之耳。”
八月，曹操率大军进抵潼关，与马超等夹关相对而扎营。曹操明白，夹关相持，马超凭险而拒，很难制伏，必须绕开潼关趋其后，才有可能打乱其部署，相机而歼之。于是，曹操决定北渡黄河，再由河东西渡河，然后据河西为营，南向取敌。但自何处渡河，能不能顺利渡河，曹操为此很是担心，没有把握，恐不得渡，于是把时抚河东的大将徐晃召来问策，徐晃献计说： “公盛兵于此，而贼不复别守蒲阪(今山西永济东南),知其无谋也。今假臣精兵渡蒲阪津，为军先置，以截其里，贼可擒也。”曹操对徐晃之计表示同意，即潜遣徐晃、朱灵以步骑四千人渡蒲阪津。徐晃等渡河， “作堑栅未成”,马超部属梁兴乘夜率兵五千人攻晃，晃等力战击走梁兴，遂据河西为营。这样，黄河蒲阪一段的两岸全为曹操的军队所控制。随后，闰八月，曹操的主力部队开始自潼关北渡河。据载，曹操北渡河时的经历相当危险。他让兵众先渡，自己与精兵百余人留南岸断后，马超带领步骑万余人进攻，矢如雨下。曹操临危不乱犹坐胡床不起。张郃等见事急，共引曹操入船。船工中流矢死，许褚左手举马鞍以蔽操，右手划船；校尉丁裴，放牛马以饵敌，敌乱，纷纷取牛马。曹操在诸将掩护下，总算离开了河岸。“河水急，比渡，流四五里，超等骑追射之，矢如雨下。诸将见军败，不知公所在，皆惶惧，至见，乃悲喜，或流涕。”其实，曹操当时也有点害怕，事后他大笑说： “今日几为小贼所困乎!”
曹操北渡黄河后，遂又自蒲阪横渡到黄河的西边，并循河为甬道，向南进发。当曹操的先遣部队到达蒲阪的时候，马超已经知道曹军将渡河，因此对韩遂说， “宜于渭北拒之，不过二十日，河东谷尽，彼必走矣”。韩遂没有接受马超的建议，认为“可听令渡，蹙于河中，顾不快耶”。当曹操听到这个消息后不仅感叹道： “马儿不死，吾无葬地也。”从而更加坚定了必取马超的决心。曹操循河向南，马超等退拒渭口，曹操“乃多设疑兵，潜以舟载兵入渭，为浮桥，夜，分兵结营于渭南”。马超等攻营，均被伏兵击退；马超等屯渭南，遣使“求割河以西请和”;曹操誓在必取，当然不许。
是年九月，曹操大军全部渡过渭水。渡时，曹操的军队每渡一部分， “辄为超骑所冲突，营不得立，地又多沙，不可筑垒”。谋士娄圭给曹操出了个主意： “今天寒，可起沙为城，以水灌之，可一夜而成。”曹操接受了这个建议， “乃多做缣囊以运水，夜渡兵作城，比明，城立，由是公军尽得渡渭”。至此，马超等人陷入一片混乱，已无章法可言，时而率兵挑战，曹操不予理睬；时而又固请割地，并愿送子为质。俗谓困兽犹斗，曹操与他的谋士们深知这点，贾诩因劝曹操“伪许”马超的请和要求。曹操问下一步怎么办?贾诩说：“离之而已。”最善于用“离间”之策的曹操一点即通。随后，很快便酝酿出了精彩的离间之计。
在两军对峙、伪许请和、双方暂不交战斗的形势下，曹操很快捕捉到离间韩遂与马超的机会。首先，他利用韩遂请见的机会，做了第一篇疑敌文章。史载， “韩遂请与公相见，公与遂父同岁孝廉，又与遂同时侪辈，于是交马语移时，不及军事，但说京都旧故，拊手欢笑”。由此可以看出，曹操在这次约见中有意突出以下四点，一是“交马”(意指马头相接)相语，同韩遂靠得很近，显得很热情；二是有意拖长时间，相语“移时”。“时”指一个时辰，所谓“移时”,就是超过了一个时辰；三是谈话内容，只谈京都旧故，不谈军事。曹操利用了老相识的条件，有意避开军事；四是谈到高兴处， “拊手欢笑”,有意制造融洽气氛。韩遂与马超本有嫌隙，目前仅仅是暂时利益的结合，曹与韩遂如此融洽的长时间谈话，极易产生疑敌作用。因而及至韩遂回营时，马超等自然要问曹操说了什么话?而韩遂认为同曹操的谈话既属京都旧故、人情旧谊，实在是没有必要说给马超听，因而说曹操“无所言也”。长达两个多小时的谈话，且谈笑风生，有目共睹，怎么能说没说什么话呢?马超等人当然要生疑。
第二，耀兵慑敌，唯对韩遂等人友善。曹操与韩遂第一次交马相语后第三天，又约韩遂、马超二人单马会话，做了进一步的震敌和疑敌。这一次相见，曹操做了三方面的考虑与安排：一是故意表现出对马超的极大不信任，态度完全不同于对韩遂。曹操及其将领对于这次会语都很重视。因为他们甚知马超非韩遂所比，不能掉以轻心，既要对其施用两手，又要预做防范；并且要让马超明白，对他是不放心的，与韩遂可以“交马”相语，但与你马超相见则必须做好防止突袭的准备，因而“为木行马以为防遏”。 “木行马”就是用木头搭成××形的架子。将“木行马”隔在中间。这样，便在两马间构成了临时屏障。除此，曹操还让大将许褚立马横刀近身护卫，以防不测。看来，曹操担心并非多余，马超确有伺机突袭之意。与此同时，对韩遂及其属下谈话却制造了另一种氛围。据载，韩遂属将阎行立马韩遂身后，曹操对阎行说： “不要忘记做孝子啊。”这话是很平和地说给阎行听的，但实际是说给马超听的。曹操绵里藏针之举，具有很大威慑力，因为当时阎行的父亲和马超的父亲都宿卫在邺，实际上，都是人质。
二是充分塑造并展示自己的智勇风度。据说，曹操从容阵前，韩遂、马超的属将们均在马上拱手致礼，秦(关中)兵、胡卒“前后重沓”,争相观看大名鼎鼎的曹操的风采，曹操潇洒地对大家说： “你们想看我曹某吗?我也是一个人啊，并不是有四只眼两个嘴巴，只是多智谋罢了。”
三是乘机显示兵威。在曹操宣言自己“多智”的时候，韩遂、马超的将士们得到提醒，前后一看，只见曹操早已“列铁骑五千为十重阵，精光耀日”,不禁为之寒战。由此可见，曹操复约韩遂、马超，达到了预期目的，长了自己的威风，灭了敌人的志气，既使敌人震惧，又使敌人内疑之心加重。
第三，窜书疑敌。史载， “他日，公又与遂书，多所点窜，如遂改定者，超等愈疑遂。”阅古名将用兵，只有曹操能够使用此种手段。在曹操看来，战场上勿需讲什么信用，要的是兵不厌诈。曹操与韩遂书的内容是什么，不得而知，实际也不重要。重要的是曹操谋事之高明：首先，是，一个前提，他已料到，这就是此信马超必定要看；其次，信的内容必须闪烁其词，如不改动，可能有另外不同的含义，疑点明显；再次就是造假逼真，让人看成是别人有意篡改的。正是这样，马超才会更加怀疑韩遂。
曹操的离间疑敌之计，频频得手，韩遂、马超联军内部互相猜忌，军心不稳。曹操抓住时机，在敌人内部尚未清醒的时候，马上通知对方，约定日期会战。韩遂、马超以及关中诸将，众虽多，但心不齐；韩遂、马超既不相得，在实际上已无一个权威的统一指挥者，诸部联军无异于乌合之众。因此，关西联军虽众，但士气不高，可谓未战而气先夺。
会战之日，曹操先以轻兵挑战，示弱于敌；交战一段时间后，关西联军以为曹军不过如此，斗志稍懈，曹操“乃纵虎骑夹击，大破之，斩成宜、李堪等。韩遂、马超等走凉州，杨秋奔安定”。冬十月，曹操“自长安北征杨秋，围安定。秋降，复其爵位，使留抚其民人”。
关中平定后，曹操于十二月间自安定还，留夏侯渊屯长安，以议郎张既为京兆尹。
纵观曹操平定关中之役，制胜原因有三个：
第一，盛兵潼关，意在麻痹敌人，待机入河东而西渡河。据载，有的将领不解地问曹操说： “初，贼守潼关，渭北道缺，不从河东击冯翊而反守潼关，引日而后北渡，何也?”曹操则回答说： “贼守潼关，若吾入河东，贼必引守诸津，则西河未可渡，吾故盛兵向潼关；贼悉众南守，西河之备虚，故二将(指徐晃、朱灵)得擅取西河；然后引军北渡，贼不能与吾争西河者，以二将之军也。”如此看来，曹操兵临潼关，夹关与敌相对，摆出决战的样子，完全是虚假的，是为了把敌人吸引在潼关，以利别部自河东西渡河，占领战略要地。
第二，示弱骄敌，乘敌不备而击之。曹操对渡河以后的用兵，有三点值得一提，一是“连车树栅，为甬道而南，既为不可胜，且以示弱”;二是渡渭之后，积沙为城，筑垒避战。他说， “渡渭为坚垒，虏至不出，所以骄之也”;三是伪许请和。曹操利用天气骤寒之机，运水起沙，渡兵作城，在地理形势上，反占优势。马超等人欲战不得，知不可胜，而自己又没有构筑工事，甚恐随时被袭，因而提出割地求和。曹操先是不许，继而伪许之。为什么要伪许呢?曹操说： “贼不为营垒而求割地。吾伪许之，所以从其意，使自安而不为备，因畜士卒之力，一旦击之，所谓迅雷不及掩耳，兵之变化，固非一道也。”马超、韩遂等认为没事了，可以割地求和了，所以不再加强防备；而曹操则乘时集积兵力，一战便把关中联军彻底打垮。
第三，当然从客观上说，还有敌方的问题，其中最重要的是军无适主，法制不一。联军本以韩遂为统领，但韩遂并不能把全军统率起来，特别是曹操使用离间计后，韩遂已完全失去统帅的地位和作用。正是因为这一点，所以曹操始见关中诸将每一部到，不增忧，反而辄有喜色。诸将不解，因问其故，曹操一语道破敌方的致命弱点： “关中长远，若贼各依险阻，征之，不一二年不可定也。今皆来集，其众虽多，莫相归服，军无适主，一举可灭，为功差易，吾是以喜”。
曹操自己谈及平定关陇能够取胜的原因时，未提“离间”之计。其实，离间成功，亦应是曹操取胜的原因之一。
建安十七年(212)正月，曹操回到邺城。曹操为什么在马超、韩遂西走而尚未完全平定的情况下急于回邺呢?主要是四个方面的原因：
一是他必须兼顾朝中政权的巩固，不宜长时间在外。从一定意义上说，巩固、发展其权力，比用兵征伐不臣更为重要。曹操回到邺城后，汉献帝顿感新的压力，不得不下一道诏书，允许曹操“赞拜不名，入朝不趋，剑履上殿，如萧何故事”。同时又按照曹操的意图，增大了他的封地， “割河内之**阴、朝歌、林虑，东郡之卫国、顿丘、东武阳、发干，巨鹿之廖陶、曲周、南和，广平之任城，赵之襄国、邯郸、易阳以益魏郡”。
二是后方不稳，河间民田银、苏伯反，煽动幽州、冀州，危及老巢。田银、苏伯等乘曹操西征之机起事，曹丕以将军贾信率兵讨灭。曹操回到邺时，事已平息。据载，请降者千余人，议者皆认为，曹公有旧法， “围而后降者不赦”。只有程昱认为，旧法“乃扰攘之际，权时之宜。今天下略定，不可诛之；纵诛之，宜先启闻”。曹丕接受了程昱的意见，具事报告了曹操，“操果不诛”。曹操对程昱之谋很是欣赏，称赞说“君非徒明于军计，又善处人父子之间”。由此可见，第一，曹操行令绝非拘泥，有时虽然过酷，但不时也注意
权时而定；第二，他非常重视自己辖区的稳定。河间郡属冀州，河间安定与否，会直接影响到曹操的声望。因此，他不愿扩大事态。大概也正是这个原因，按照惯例“破贼文书，以一为十”,而国渊上报斩首人数，皆如其实数，一就是一，二就是二。国渊对曹操说：“夫征讨外寇，多其斩获之数者，欲以大武功，耸民听也。河间在封域之内，银等叛逆，虽克捷有功，渊窃耻之。”操对国渊的做法大加赞赏，听了国渊的分析更是大悦。
三是马超、韩遂西走，暂时不能构成较大的威胁，无须大军进剿，留下主力一部足可抗御，甚至剿除。正因为曹操此时不把马超、韩遂视为威胁，所以他回邺后，五月便将马超的父亲、卫尉马腾，弟奉车都尉马休，弟骑都尉马铁杀了，夷腾三族；并杀韩遂质子。如曹操所料，用兵一部即可击敌。七月，使夏侯渊助左冯翊郑浑击马超余部梁兴于蓝田，马超龟缩于凉州不出。
四是谋划再次用兵孙权。赤壁之战后，曹操视孙权为主要劲敌，一切军事行动，都是为了服务于自襄樊而东征孙权，解除后顾之忧，避免腹背受敌和两面作战的局面发生。关中既平，征讨孙权便提到日程上来。