入川治蜀
公元 214年（建安十九年），為助劉備儘快佔領益州全境，諸葛亮“留關羽守荊州，與張飛、趙雲將兵溯流克巴東”（《資治通鑑》）。《三國志》載：“亮與張飛、趙雲等率眾溯江，分定郡縣，與先主共圍成都。”《華陽國志》載：“飛攻巴西。亮定德陽。巴西功曹龔諶[chén]迎飛。
成都平定後，三十四歲的諸葛亮被劉備任命為軍師將軍，兼管左將軍府中事。劉備外出，諸葛亮常鎮守成都，備足糧草和兵員。此時劉禪也就七八歲，由於劉備常年在外，在成都的諸葛亮自然也繼續肩負起了管教阿斗的責任（“相父”真不是白叫的）。據記載，諸葛亮曾經親筆抄寫《韓非子》、《申子》等古籍，讓劉禪學習治國之道，其中還有被奉為兵家鼻祖的姜子牙所著的《六韜》。
不久之後，在劉備的要求下，法正、諸葛亮、李嚴、劉巴和伊籍“共造蜀科”以推行諸葛亮“以法治蜀”的主張，《蜀科》成為蜀漢的重要法典。他制定了八務、七戒、六恐、五懼等執行條章，以明令能知能行的行為準則，勸戒及訓勵蜀漢官員將士。經過整治，劉備政權的工作效率明顯提高，吏治也逐漸清明。
端倪初現
公元215年（建安二十年），孫權因為劉備已取得益州，派使者告訴劉備想要收回荊州。劉備稱取得涼州再還。孫權大怒，於是孫劉聯盟的第一次內戰爆發了。呂蒙襲取長沙、零陵和桂陽三郡，劉備領兵五萬進駐南郡公安並讓關羽率軍進入益陽。此時，突然傳來消息說，曹軍已經在漢中和張天師幹上了。如果曹操拿下漢中後南下，益州就岌岌可危了。劉備只好馬上和孫權議和，以湘水為界，分荊州東部的江夏、長沙、桂陽三郡歸孫權；西部的南郡、零陵、武陵三郡歸劉備。當劉備解決了荊州問題，趕回益州時，曹操已經打敗張魯，佔有了漢中並開始繼續進軍。後來經過張飛主導的宕渠之戰，曹軍勢力退回漢中，三巴地區才復歸劉備所有。於是劉備率軍回到成都休養生息。同年，爆發了後世津津樂道的合肥之戰，張遼被孫權抬進武廟。
漢中大勝
公元218年（建安二十三年），經過三年的休整，劉備又率各路將領進軍漢中，在陽平關與夏侯淵、張郃等人對峙了幾乎一年。在法正和黃權兩個頂級參謀的奇謀下，劉備留下偏軍守陽平關，保證己方糧道，然後帶主力部隊登上了陽平關東南側的定軍山，威脅夏侯淵主力糧道。當然代價也是巨大的，變陣定軍山使得運糧難度再次加大，逼得在成都的諸葛亮聽取了部屬楊洪的意見——“男子當戰，女子當運”，拼命供應後勤補給，以保證勝利。被迫來到定軍山的夏侯淵在修鹿角時不小心被黃忠砍了，漢中之戰蜀漢取得絕對的勝利。即便是後來曹操親至，也無能為也。於是曹操遷走了不少漢中百姓，以此給蜀漢一記重拳。
在大家還沉浸在奪取漢中勝利的喜悅中時，諸葛亮又開始考慮新的行動步驟了。他認為，“跨有荊、益”是關係到將來北伐兩路夾攻中原的大事，是“隆中對”戰略計劃最後實現的關鍵。因此，兵定漢中以後，為了進一步鞏固和完善“跨有荊、益”的局面，他決定和眾人一起擁戴劉備為漢中王。
公元219年（建安二十四年）秋，包括馬超、許靖、諸葛亮、關羽、張飛、黃忠、法正、李嚴等在內的一百二十人向名存實亡的漢廷上了一道表章。它成為了蜀漢政權建立的宣言書、討伐曹操的檄文和興復漢室的旗幟。這道表文是廣漢郪[qī]縣人李朝的手筆，但其策劃及立意卻是諸葛亮。實際上，整個擁劉備為漢中王的事件都是諸葛亮的大手筆，它體現著諸葛亮對時機的準確把握和高超的政治鬥爭藝術，同時寄託著諸葛亮的政治理想。在沔陽建起高臺後，在軍隊和百姓面前，群臣讀完奏章便把王冠戴在劉備頭上，劉備便成為了漢中王。劉備隨後又親筆上書漢帝，除表明自己為群僚所迫正式即漢中王位的態度外，還再次揭發曹操謀權篡位的罪行，以及自己決心重振漢室的宏願。在當時朝廷就是曹操，曹操就是朝廷，把奏書上給朝廷，實際上就是交給曹操。但奏書中把劉備說成漢朝宗室的肺腑枝葉，說成是興復漢室的中堅力量，公開、鮮明地打出滅漢賊、興漢室的旗幟。這在當時是很具有號召力的。完成儀式後，劉備回到成都建立治所，他還提拔魏延為都督，鎮守漢中。
此時關羽已經開始了北伐，大戰曹仁，擒拿于禁，威震華夏。然而不久之後，東吳襲殺關羽，奪取了荊州，這成為蜀漢大起大落的開端。