公元219年(建安二十四年)末，曹操以為漢獻帝在許，與關羽軍相近，欲遷都避其鋒芒，司馬懿、蔣濟等勸阻，認為孫權必然不愿看到關羽得志，可以用答應將江南封給孫權為條件讓他從背后出兵攻擊關羽，同時曹操派遣徐晃、趙儼等率軍救援樊城，更準備親自征討關羽。

救援樊城的徐晃因兵力不足，認為很難與關羽抗衡，不過之后曹操先后派遣徐商、呂建等將領以及殷署、朱蓋等十二營兵馬增援徐晃，關羽在圍頭派有軍隊駐守，在四冢還有駐軍，徐晃于是揚言將進攻圍頭，卻秘密攻打四冢。關羽見四冢危急，便親自率領步、騎兵五千人出戰，徐晃迎擊，關羽退走，關羽在塹壕前圍有十重鹿角，徐晃追擊關羽，二人都進入關羽對樊城的包圍圈，包圍圈被打破，傅方、胡修都被殺死，關羽于是撤圍退走，然而關羽的船只仍據守沔水，去襄陽的路隔絕不通。

而孫權命呂蒙為主帥偷襲荊州，并親自率軍為后援，荊州重鎮江陵守將麋芳(劉備小舅子)、公安守將士仁因與關羽有嫌隙而不戰而降。此時，關羽得知南郡失守后，立即向南回撤，回師途中，關羽多次派使者與呂蒙聯系，呂蒙每次都厚待關羽的使者，允許在城中各種游覽，向關羽部下親屬各家表示慰問，有人親手寫信托他帶走，作為平安的證明，使者返回，關羽部屬私下向他詢問家中情況，盡知家中平安，所受對待超過以前，因此關羽的將士都無心再戰了，士卒漸漸潰散，退至麥城。

建安二十四年十二月，關羽率數十騎出逃，一路突圍至距益州不過一二十里的臨沮(今湖北省襄樊市南漳縣)，遇潘璋部將馬忠的埋伏，被擒，和長子關平于臨沮被害。

孫權將關羽首級送給曹操，曹操以諸侯之禮將其安葬于洛陽，同時孫權則將關羽身軀以諸侯禮安葬于當陽，即關陵，也稱當陽大王冢，蜀漢在成都為關羽建衣冠冢，即是成都關羽墓，以招魂祭祀，因此民間也稱關羽“頭枕洛陽，身臥當陽，魂歸故里(或稱‘魂歸山西)。

公元260年(景耀三年)九月，蜀漢后主劉禪(shàn)在追謚幾位重要大臣時，追謚關羽為“壯繆侯”。