赤壁之戰後,趙雲跟隨劉備平定荊州四郡。劉備任命趙雲爲偏將軍,並取代投降的趙範,兼任桂陽太守。趙範有一名寡嫂名樊氏,有傾國的美貌,趙範想將她許配給趙雲。但是趙雲不同意,推辭說:“我們是同姓,你的嫂子就像是我的嫂子一樣。” 當時有人勸趙雲接受這名美女,趙雲回答說:“趙範是被迫投降的,心不可測,何況天下女子不少。”不久之後,趙範果然藉機逃走,而趙雲則毫無牽涉。
建安十四年,劉備在平定荊州南部四郡,又得到原屬劉表的部曲萬人之後,劉備成爲荊州牧,聲勢漸大,孫權建議雙方結親,劉備便娶了其妹孫夫人。兩年之後益州牧劉璋爲防備曹操勢力而向劉備求援,劉備便領兵三萬入益州,留諸葛亮、關羽、張飛、趙雲等人留守荊州,並任命趙雲爲留營司馬,管理軍事事務。此時孫夫人放縱驕橫,放任她從東吳帶來的侍衛和官吏,多有不法的行爲。劉備知道這消息之後,認爲趙雲爲人嚴肅、穩重,一定能加以整頓,因此特命趙雲掌管內事。孫權獲知劉備西征益州之後,便派了大批舟船欲接孫夫人回去,孫夫人趁機將劉禪也一併帶走,幸虧趙雲與張飛一起帶兵在長江截住東吳船隊,併成功奪回劉禪。
建安十八年,劉備與劉璋決裂,從葭萌進攻劉璋勢力,並召諸葛亮等人入蜀支援。諸葛亮與趙雲、張飛等率軍溯江西上,一路平定郡縣。在攻克江州後,兵分兩路,趙雲率軍由外水深入,攻取江陽、犍爲等郡。至次年於成都南面,完成對劉璋的包圍。劉備攻下成都之後,任命趙雲爲翊軍將軍。劉備平定益州之後,有人主張將成都城中房舍及城外園地桑田分賜給諸將。趙雲反駁說:“霍去病曾說過匈奴未滅,無用家爲,現在國賊不只像匈奴只有一個,所以還不到可以安定下來的時候,須等到天下平定之後,再使衆人返回家鄉去耕耘田地,這纔是最好的決定。益州的百姓,剛剛遭遇戰禍,現在應該將田宅房產歸還給百姓,先讓他們安居樂業,然後可以使他們服兵役、納戶稅,這樣也能得到益州的民心。”劉備當即便採納了趙雲的建議。
建安二十四年正月,劉備聽從法正、黃權等人的建議進攻漢中,漢中守將夏侯淵被黃忠所斬。三月,曹操親自率領大軍來爭奪漢中,並運送大量的軍糧到北山下,有數千萬袋,黃忠認爲可趁機奪取這些軍糧,趙雲於是授予黃忠兵力去取北山。但是黃忠約定的時間之後仍未回來,趙雲便帶着數十騎出了營寨,查看黃忠等人的情況。恰巧遇到曹操派出的大軍,趙雲遭到曹軍先鋒部隊的攻擊,剛與敵人交手,曹操的大軍已來到面前,聲勢逼人,雙方廝殺。趙雲便一次又一次地突擊曹軍陣列,且戰且退。曹軍散而複合,趙雲突圍而出並退入漢軍的營寨內,此時部將張著受傷,又被曹軍包圍,趙雲又一次馳馬突擊曹軍,並救出張著,將他帶回營寨內。此時曹軍已追至漢軍的營寨前,沔陽長張翼正在防守營寨,見曹操大軍殺到,便要閉門拒守。趙雲進入大營之後,卻下令大開營門,然後令漢軍偃旗息鼓。曹軍見此情況,懷疑趙雲設有伏兵,便向後退去。此時趙雲下令鳴擊戰鼓,鼓聲震天,又令軍士以弩箭射曹軍,曹軍驚駭,自相蹂踐,墜入漢水中淹死者甚多。次日劉備親自來到趙雲兵營察看昨日戰鬥之處,讚歎說:“子龍一身都是膽也!”於是設宴歡慶直到黃昏,軍中稱呼趙雲爲“虎威將軍”。建安二十四年末,曹操以爲漢獻帝在許都,與關羽軍相近,欲遷都避其鋒芒,司馬懿、蔣濟等勸阻,認爲孫權必然不願看到關羽得志,可以用答應將江南封給孫權爲條件讓他從背後出兵攻擊關羽。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,認爲很難與關羽抗衡,不過之後曹操先後派遣徐商、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。徐晃於是揚言將進攻圍頭,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,關羽於是撤圍退走,然而關羽的船隻仍據守沔水,去襄陽的路隔絕不通。起先,孫權曾派人爲自己的兒子向關羽的女兒求婚,關羽辱罵來使,拒絕結親,孫權十分惱恨。關羽素來善待士卒,但對士大夫們卻很驕橫。糜芳、士仁素來厭惡關羽的輕慢態度。當關羽領兵出征時,糜芳、士仁兩處負責供應糧草軍需,兩人不悉心救助關羽。關羽放出話,說:“回去之後,就懲治他們!”糜芳、士仁聽聞後,都恐懼不安。孫權聽聞後,就暗中派人去誘降糜芳、士仁。孫權命呂蒙爲主帥偷襲荊州,並親自率軍爲後援。荊州重鎮江陵守將麋芳(劉備的小舅子)、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後,立即向南回撤。回師途中,關羽多次派使者與呂蒙聯繫,呂蒙每次都厚待關羽的使者,允許在城中各種遊覽,向關羽部下親屬各家表示慰問,有人親手寫信託他帶走,作爲平安的證明。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。同年十二月,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,和長子關平於臨沮被害。
關羽在北伐之前,曾經夢到豬在齧咬自己的腳,自知不祥,對關平說自己今年可能會遭遇噩運而回不到江陵了。到了年末,關羽果然被吳將呂蒙部所殺。孫權將關羽首級送給曹操,曹操以諸侯之禮將其安葬於洛陽,同時孫權則將關羽身軀以諸侯禮安葬於當陽, 即關陵,也稱當陽大王冢。蜀漢在成都爲關羽建衣冠冢,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”。關羽去世後,逐漸被神化,民間尊其爲“關公”,歷代朝廷多有褒封,清代奉爲“忠義神武靈佑仁勇威顯關聖大帝”,崇爲“武聖”,與“文聖” 孔子齊名。清朝雍正三年,朝廷頒令,以關帝廟爲武廟,併入祀典,文武百官、各省縣百姓按祭孔之太牢祭儀進行春秋兩祀。從此,關羽成爲國家祭祀的主神,達到了與文聖孔子並駕齊驅的地位。民間所供奉的“關公”又被臺灣信徒稱爲“恩主”,即救世主的意思。在東南亞地區,日本、新加坡、馬來西亞以及菲律賓等國家,甚至美國、英國的華人區域,關公的信仰也都相當盛行,華僑在國外從商者很多,因此對於作爲武財神的關公也多加崇祀。道教將關羽奉爲“關聖帝君”,即人們常說的“關帝”,爲道教的護法四帥之一。釋教對關雲長的信仰只是限於供奉,並無祈禱、讚頌以及供奉儀軌,而在藏傳佛教中,有多位大師著有供贊儀軌,如章嘉大師、土觀大師以及這世大寶法王、亞青寺阿秋仁波切等。多識仁波切也曾著有關雲長簡略供贊。
章武元年,劉備稱帝,欲進攻東吳,以報孫權伐取荊州、殺害關羽之仇,趙雲上諫說:“國賊是曹操,並不是孫權,滅了魏國之後,東吳自然會臣服。雖然曹操已經去世,但其子曹丕篡奪皇位,引起公憤,應該利用此民憤,先攻佔關中,佔據黃河、渭水上游以討伐逆賊,那麼關東義士必裹糧策馬以迎王師。不該放置魏國,反而先打東吳。而且與東吳的戰爭一旦開始,就不易停止了,伐吳並非上策。”但憤怒的劉備不聽諫言,執意東征,留趙雲都督江州。
曹丕篡漢後,東漢滅亡,漢朝享國四百零七年。三國鼎立,已成天下大勢所趨,這三國之戰,誰能統一天下,統一全國,已盡在世人的紛紛議論中。趙雲經歷數戰而勝利而歸,因此蜀漢軍隊又叫他:“常勝將軍。”