景元三年(262年)十月，蜀大將軍姜維起兵再度攻魏，攻入洮陽境。鄧艾率兵迎戰。鄧艾分析，姜維懸師遠征，戰線長，給養困難，難以持久。於是，搶占有利地勢，在洮陽以東的侯和(今卓尼東北)設陣，以逸待勞，阻擊蜀軍，雙方激戰後，魏軍發起反擊，蜀軍大敗，損失嚴重。姜維只得退往沓中(今甘肅舟曲西北)。此後，蜀軍實力大減，轉為被動防禦態勢。
同年，總攬朝政的大將軍司馬昭制定先滅蜀再順江滅吳的戰略，任命司隸校尉鍾會為鎮西將軍前往關中整軍備戰。
景元四年(263年)八月，魏軍兵分三路伐蜀：征西將軍鄧艾率兵3萬餘人，由狄道(今甘肅臨洮)進軍，以牽制蜀大將軍姜維駐守沓中(今甘肅舟曲西北)的主力；雍州刺史諸葛緒率3萬餘人，進攻武都(今甘肅成縣西北)，以切斷姜維退路；鍾會率主力10餘萬人，欲乘虛取漢中，然後直趨成都。以廷尉衛權為鎮西軍司馬，持節監鄧艾、鍾會軍事。由大將軍司馬昭統一調度指揮。
蜀軍派右車騎將軍廖化率軍往沓中增援姜維；左車騎將軍張翼等前往陽安關口拒守。令漢中諸將放棄漢中外圍據點，收縮兵力退保漢城(今陝西勉縣東)、樂城。由於蜀軍未對咽喉險道斜谷、駱谷、子午谷嚴加防守，被魏魏興太守劉欽占領。鍾會遂幾路並進，直入漢中，留2萬人圍漢、樂二城，自率主力直下陽安關口，斬蜀將傅僉，收降蔣舒，繼克關城(今陝西陽平關)，長驅南下。
鄧艾命天水太守王頎直攻姜維營地，命令隴西太守牽弘等人邀擊姜維的前部，而命令金城太守楊欣進擊甘松。姜維聞鍾會等部已入漢中，知漢中難保，急擺脫鄧艾，退往陰平。楊欣等人追擊，直到疆川口，雙方大戰，姜維敗退，為搶先占橋頭(陰平東南)的諸葛緒所阻。姜維從孔函谷佯作向北欲繞道而東，作出出兵攻擊諸葛緒後部的樣子，誘使諸葛緒離開橋頭三十里向北堵擊時，姜維乘機迅速通過橋頭，與廖化、張翼等合兵，據守劍閣。諸葛緒趕去阻截，差了一天，沒有趕上。
鄧艾進至陰平，欲與諸葛緒合兵南下。諸葛緒不從，領軍東向靠攏鍾會。鍾會欲專軍權，誣告諸葛緒畏敵不前，將其押回治罪，隨即統領大軍南下，被姜維阻於劍閣。劍閣素有“一夫當關，萬夫莫開”之稱，姜維憑險據守，鍾會攻劍閣不下，無計可施。時魏軍因軍糧不繼，鍾會準備退兵。
鄧艾上書說：“今賊摧折，宜遂乘之，從陰平由邪徑經漢德陽亭趣涪，出劍閣西百里，去成都三百餘里，奇兵沖其腹心。劍閣之守必還赴涪，則會方軌而進。劍閣之軍不還，則應涪之兵寡矣。 軍志有之曰：‘攻其無備，出其不意。’今掩其空虛，破之必矣”(《三國志·魏書·鄧艾傳》)。
十月，鄧艾趁姜維被鍾會牽制在劍閣，率軍自陰平沿景谷道東向南轉進，南出劍閣兩百多里，鍾會也派部將田章等跟進。鄧艾率軍攀登小道，鑿山開路，修棧架橋，魚貫而進，越過7百餘里無人煙的險域。山高谷深，至為艱險。途中，糧運不繼，曾多次陷入困境。部隊走到馬閣山，道路斷絕，一時進退不得，鄧艾身先士卒，用毛氈裹身滾下山坡。鄧艾率軍出其不意地直抵江油，迫降守將馬邈。蜀國衛將軍諸葛瞻(諸葛亮子)從涪城回到綿竹，列陣等待鄧艾。
鄧艾派其子鄧忠攻打諸葛瞻的右翼，司馬師纂攻其左翼。鄧忠、師纂失利，退回，對鄧艾說：“賊未可擊 。”鄧艾大怒，說：“存亡之分，在此一舉，何不可之有”(《三國志·魏書·鄧艾傳》)?大聲叱責二將，並要將其斬首。二將策馬奔回，揮軍再戰，鄧艾也親臨督戰，終大破蜀軍，遂克綿竹，斬蜀將諸葛瞻及尚書張遵等人。
綿竹陷落後，蜀軍全線崩潰。鄧艾乘勝進擊，一鼓作氣攻陷雒縣(今四川廣漢北)，逼近成都。蜀後主劉禪驚恐失據，感到大勢已去，在主降派勸導下，派人送上皇帝的印綬，並寫信到鄧艾那裡請降。鄧艾率軍入成都，蜀漢滅亡。劉禪又派人去前線命令姜維等投降，姜維等得到命令，便到鍾會軍中投降。