曹操采取贾诩的计策，假装答应，然后在阵前和韩遂谈言欢笑，（期间马超韩遂在与曹操当面谈判时，马超自负其勇力绝人，在马前放置六斛米囊，骑马来回奔走，用斛米测量曹操的体重，想要暗中偷袭擒捉曹操，但听说曹操的护卫许褚，勇猛过人，所以放弃了这个想法。曹操不久后知道，心有余悸，说：“差点被狡猾的贼人所欺凌。”）
让联军猜疑韩遂，曹操又写了一封涂改伪招安信给韩遂，离间关中联军，导致了关中联军的军阀们相互猜疑。
曹操趁此机会发动攻击，在渭南一带发动大决战，联军大败，成宜、李堪等战死。
潼关大战后，总计军民死伤数以万计，曹操也后悔没有听卫觊的话，逼反关中诸将。
马超、韩遂再次派使者送信给曹操，想割河西之地请和，但曹操不同意，于是退兵回到了凉州上邽，郡人任养率自己的部众迎接马超。
曹操追兵到安定后，因为河间有人反叛，于是撤军回东边，当时作为使节的杨阜劝说曹操：“马超有韩信、英布那样的勇略，又深得羌人、氐人的拥戴，整个西州都非常敬畏他，如果大军归还，不做周密的准备，恐怕陇上诸郡县，就不再属于国家的了。”
曹操虽然明白马超的厉害，但河间战事迫在眉睫，就先撤兵回许昌，不过还是留下夏侯渊、张郃的名将把守要害。
建安十七年（212年）正月潼关之战失败不久，就迅速兼并陇上诸郡县（陇西、南安、汉阳、永阳等），张鲁也遣大将杨昂相助，共集结万余人，围攻凉州刺史韦康于凉州治所冀城。
三月凉州刺史韦康派阎温秘密出城，向夏侯渊求救。阎温乘夜潜水出城。
第二天军发现阎温的踪迹，派人追踪拦截他，在显亲界内追上阎温，将他捉住去见马超。引诱阎温不成，就杀了他。
五月曹操抓捕在邺城的马超族人（包括父亲马腾，二弟马休，马铁等），计三族人，全部斩杀。另一方面，又派夏侯渊为首的征西部队前去冀城救援。
八月夏侯渊援军依旧未到，韦康开城投降，占据冀城，默许张鲁部将杨昂处死刺史韦康。夏侯渊领兵前来攻打，行军到距离冀城二百余里的时候，率领军队来战斗，击败了夏侯渊援军。
随后百顷氐王杨千万与兴国氐王阿贵也起兵响应，率军屯于兴国，夏侯渊于是撤军回长安，两年时间不敢西进。
以冀城为根据地，割据陇上，自称征西将军，领并州牧，督凉州军事。
建安十八年（213年）韦康旧部下杨阜、姜叙、姜隐、赵昂、尹奉、姚琼、孔信、武都人李俊、王灵结谋反叛，并派遣从弟杨谟到冀城告诉杨阜另一个从弟杨岳，联合安定梁宽、南安赵衢、庞恭等蓄谋起兵。
九月杨阜和姜叙率先在冀城起兵，赵衢、尹奉劝马超去攻打，听到后，率兵前去攻打，梁宽、赵衢偷偷占据冀城，关闭城门，并杀害马超妻子和孩子。
大怒，但又攻不进冀城，于是袭击历城，杀死杨阜、姜叙在历城的族人（包括怒骂马超的姜叙母亲）杨阜于是率领叛军和马超对战，战场上杨阜与宗祖昆弟七人来围攻，都被杀死，杨阜自己也身负五处重伤犹然死战。
夏侯渊援军赶到后，失去了根据地，进退狼狈，只得投奔汉中依附张鲁。这场战后，杨阜等多达十一人因讨马超的功劳被封侯。
建安十九年（214年）春投靠张鲁后，很受张鲁的欣赏，被封为都讲祭酒，还打算把女儿嫁给马超，但是在部下的劝谏下，反悔了。
向张鲁借兵，打算反攻凉州。领兵围攻祁山三十天，未能攻下，随后夏侯渊派张郃引援兵赶到，没有继续攻打，丢下军事器械做引诱，撤军回了汉中。
张鲁的部下杨白等因为害怕马超的才能，想要加害于他，于是马超辞兵逃入氐中。
恰逢刘备此时率兵入川，刘备派李恢结好马超，知道张鲁不是干大事业的人，于是写信给刘备，请求归附。
建安二十年（215年）正旦（正月初一）夏季刘备听说马超要来投，高兴的说道：“益州可以拿下了！”
于是派人去迎接马超，且偷偷把自己的一支军队给马超，让马超率兵合围成都。
率领兵马径直到成都，屯兵于城北，城中所有人都因为马超威名而惊恐，不到十天的时间，成都军民就崩溃了，刘璋随即开城投降。
刘备平定西川后，迁升为平西将军，并命他督临沮。
建安二十二年（217年）十月刘备与曹操争霸于汉中之地，派他与刚刚在巴西大胜张郃的张飞、吴兰、雷同等将领屯兵于下辩。
而马超却策动氐族雷定七部万余人响应刘备，牵制曹军先锋主力。
建安二十三年（218年）正月张飞与马超、吴兰、雷铜等率军驻扎沮水，假装攻打武都、阴平两郡。
吴兰、雷铜被曹洪、曹休等人识破击败，吴兰部将任夔战死。三月曹操亲率大军来争夺汉中，刘备据守，与张飞引兵退回汉中。
阴平氐王强端逆斩吴兰，把首级献给曹军。
建安二十四年（219年）刘备在众将的奋勇下夺取汉中全境。
秋，以马超为首的一百二十余名蜀汉官员联名上疏《立汉中王上表汉帝》，劝刘备进位汉中王。
刘备称王后，迁升为左将军，假节。
建安二十五年（220年）彭羕听说刘备调自己远出任职，私下心里很不高兴，于是便去会见马超。
向彭羕说：“您的才干超群拔萃，主公对您很器重，说您可与诸葛亮、法正等人并驾齐驱，怎么会让您外任小郡，使人失望呢？”
彭羕说：“这个老兵痞子，荒唐无理，还有什么可说！”
又对马超说：“您是外放官，我是内应，天下不会平定不了。”
马超半生为枭雄，归顺刘备，寄人篱下后常心怀危惧之感，听到彭羕说出这种话大吃一惊，默不作声。
彭羕走后，马超便将彭羕的话如实上报，于是彭羕被逮捕囚禁，之后刘备听取诸葛亮意见处死彭羕。
章武元年（221年）刘备称帝，建立蜀汉，封为骠骑将军，领凉州牧，进封斄乡侯。
蜀汉章武二年（222年）患了重病，上疏给刘备：“臣宗族门下二百口人，被曹操诛杀殆尽，只剩下从弟马岱，当以我卑微的宗族让他继承，深深地托付给陛下您，其他的也没什么话了。”
同年十二月病逝，年仅47岁。
景耀三年（260年）九月与关羽、张飞、庞统、黄忠被追封谥号，谥号为“威侯”。
建安十九年（214年）刘备与刘璋经过三年的斗争，收降西川不少将领，占领西川不少领土，与张飞、诸葛亮、赵云等逐步完成对成都的包围。
同时马超的加入，不仅使得刘备军事力量得到进一步壮大，更对当时的刘璋造成了不小的恐慌，从而加速了刘璋军的投降。
而后刘备与夏侯渊争夺汉中，虽然刘备占据西川后实力大增，但在攻打汉中的时候仍然出现了兵力不足的情况，甚至已经到了男子战女子运的地步。
马超与张飞屯兵下辩，而马超在西凉一带素有威望，策动氐族雷定七部万余人响应刘备，为争取汉中的刘备军贡献了不小的军事力量。
刘备攻下汉中以后，群臣一百二十余人联名上书汉献帝表刘备进位为汉中王，联名书是以马超为首。
马超一生可谓是不负西凉锦马超之名，后人都说，三国里如果有一个武将能战胜吕布的话，那恐怕就是马超了。