当关羽围攻樊城时，吕蒙又详细地向孙权分析了形势，并建议说：“关羽讨樊城，却多留兵守江陵、公安，一定是担心我会图谋其后。我身体多病，乞请率所属部分士众还建业，以治病为名，关羽听说后，必撤其守备之兵，尽赴襄、樊；届时大军浮江，昼夜驰上，乘其空虚而袭之，则南郡可下，关羽可擒也。”孙权依计，令传露檄使吕蒙回建业治病。关羽闻讯，果然调兵围攻樊城，放松了后方的守备。
当吕蒙途经芜湖（今安徽芜湖市）时，孙策的女婿、定威校尉陆逊来见，对吕蒙道：“关羽与我接境，如何远离而去，后不当可忧乎？”吕蒙不动声色地说：“诚如你所说，无奈我今病笃。”陆逊仍直陈所见：“关羽矜其骁气，盛气凌人，始有大功，意骄志逸，但务北进，未嫌于我；如今听说阁下归养病体，必定更加无备，今出其不意，自可擒制。待见至尊，宜好为计。”吕蒙未与明言心中事，只是含糊地说：“关羽素称勇猛，颇不易对付，且眼下他兵据荆州，恩信大行，兼始有功，胆势益盛，恐怕不容易算计吧！”吕蒙内心已对陆逊另眼相看了。回到建业，孙权问询谁人可以代之，吕蒙便很坚定地推荐了陆逊。吕蒙说：“陆逊智深谋远，识见不凡，才堪负重，观其规虑，终可大任。现在他又无甚大名气，不易为关羽所忌，更觉合适。若用之，当令外自韬隐，内察形势，然后见机而作，可图大事。”孙权拜陆逊为偏将军右部督，代吕蒙出镇。（《三国志·吴书·陆逊传》）
陆逊一到陆口，就给关羽修书一封：
“前承观衅而动，以律行师，小举大克，一何巍巍！敌国败绩，利在同盟，闻皮拊节，想遂席卷，共奖王纲。近以不敏，受任来西，延慕光尘，思禀良规。”
于禁等见获，遐迩欣叹，以为将军之勋足以长世，虽昔晋文城濮之师、淮阴拔起之略，蔑以尚兹。闻徐晃等少骑驻旌，窥望麾葆。操猾虏也，忿不思难，恐潜增众，以退其心。虽云师老，犹有骁悍。且战捷之后，常苦轻敌，古人杖术，军胜弥警，愿将军广为方计，以全独克。仆书生疏迟，忝所不堪，喜邻威德，乐自倾尽，虽未合策，犹可怀也。傥明注仰，有以察之。
关羽接到来信，见其有谦下自托之意，心中大安，对陆逊这位年轻后生（37岁）遂不甚留意，只顾全心全意地围攻曹仁了。陆逊以智计蒙蔽了关羽，立即向孙权详细陈述了可突袭关羽的意向。报告了前线情况。
孙权决定偷袭关羽时，曾与近臣们密议，多数人都持反对意见。以治历数、知风气而闻名的吴范认为：“得之。”专典机密的骑都尉是仪认为乘机袭取荆州乃是上计，劝孙权不必犹豫不定。关羽自俘虏于禁降卒3万余人，人马骤增，粮食乏绝，关羽遂擅取孙权属内湘关储米，使孙权终下决心，决意攻取荆州。孙权用吕蒙为大督前行，使征虏将军孙皎为后继，右护军蒋钦督水军入沔水，从顺汉水逆流而上。吕蒙率军到达寻阳之后，下令所有精兵一律埋伏在船舱之中，善加隐蔽，使白衣摇橹，扮作商贾人的模样，昼夜兼行，关羽所置于江边的屯候（间谍了望哨所），被吕蒙统统收缚之，吕蒙一行渡过长江，关羽方面尚一无所知。
孙权在吕蒙率军出发前后，派人给曹操送了一封信：
遣兵西上，欲掩取（关）羽。江陵、公安累重，羽失二城，必自奔走，樊军之围，不救自解。乞密不漏，令羽有备。
曹操收到孙权的信后，征求群下的意见，司空军祭酒董昭说：“军事尚权，期于合宜。宜答应孙权为其保密，而内露之。关羽得知此讯，若还军自保，则围可速解，可坐取其利。其双方相对衔持，我可坐待其弊。秘而不露，使孙权得志，非计之上。再者，重围之中将士不知有救，若因局势危急，傥有他意，则后患不小，所以，露之使人尽知为便。且关羽为人强梁，自恃江陵、公安二城防守坚固，必不速退。”曹操听后深以为善，随即命令徐晃将孙权书信分一式两份，一份射重围之中的曹仁守军，另一份射入关羽屯营之中。曹仁守军得讯，知解围有望，志气百倍，大大鼓舞了斗志；关羽闻知后，不免心存犹豫，难以遽下决心。因为江陵、公安有兵坚守，孙权虽有志背后开刀，不可能很快破城，樊城已在重围之中，兼以水势相助，此城有必破之象，若解围而去，则前功尽弃。孙、刘同盟的瓦解，使关羽面临着腹背受敌的形势。
徐晃在得到曹操的增援部队后，更是乘势寻求战机，向关羽大军及其屯营发起了攻击，声援樊城内的曹仁。说起来徐晃其实与关羽早有私谊，当年关羽勇斩颜良解白马之围时，徐晃就以种将军相从。后来在赤壁之战中，他又奉命与汝南太守满宠在汉津同关羽较量。虽然关羽与徐晃素相友爱，襄樊相敌，各为其主。有一天两人在战场上相遇，遥相共语，却无言涉及军事。两人倾谈一阵，徐晃下马宣令曰：“得关云长头，赏金千斤。”关羽见状，大吃一惊，对徐晃说：“大兄，是何言邪！”徐晃答：“此国之事耳。”于是，各勒马头，开兵见仗。
关羽在攀城外围的围头和四冢等处设有屯营，徐晃扬言进攻围头屯暗中向四冢屯发动了攻击。徐晃的猛攻，四冢屯快要被攻破时，关羽亲率步骑5000出战，结果被徐晃紧紧咬住，只得退回围堑之中，谁知，徐晃率兵追入关羽的军事屯围区内，关羽守军一时难以抵御，只得撤围退走。
起初，关羽樊城围解，关羽在襄樊的势头被扼制住。数番命令在上庸（今湖北竹山县西南）的刘封、孟达，发兵相助，刘封、孟达借口山郡初附，未可动摇，不宜发动救远，竟不从关羽号令，致使关羽在樊城被徐晃攻破时仍不见其救援，后来，刘备因其不救关羽，又借他事将刘封赐死。孟达则投降曹魏。
关羽大本营由麋芳、土仁分驻留守。麋芳、士仁都嫌忌关羽恃勇傲物瞧不起他们。麋芳在驻守南郡之初，江陵城中失火，军器物资烧坏不少，关羽狠狠地斥责了麋芳一通，麋芳心中内怀畏惧。自关羽兵围樊城之后，麋芳、士仁所负责的军需物资又供应不及时，致使关羽军中粮食不足，使他更加愤慨，曾声称：“待我还军之日，一定要收拾他们”，二人也是愈加不安。（《三国志·蜀书·关羽传》）这样一来，就为孙权对付关羽提供了可乘之机。
吕蒙率兵来到荆州，委派原骑都尉虞翻前往公安劝降士仁。虞翻致书士仁，为陈成败之势，士仁得书，流涕而降。吕蒙又接受虞翻建议，留兵驻守公安，而将士仁带至南郡，麋芳见士仁已降，也开城出降。南郡失守的消息传到关羽军中，关羽知道后方一失，给养供应无着，襄阳之围也就无有依托，遂撤围南退。曹仁及其众将见状，都认为可乘关羽之危，追而擒获之。赵俨分析说：“孙权出兵掩制关羽于后，本是担心关羽回军之后我方承其两弊，故先顺辞求效，乘衅因变，以观利纯耳。尔今关羽已成孤军，更直存之以为孙权之掣肘，若深入追击，孙权则要考虑他个人的利益，恐怕就要对我方不利，那样的话，大王（指曹操）必以此为深虑。”曹仁于是便不再追击。曹操在得报关羽南退后，担心诸将会追击，曾疾令曹仁勿追，一如赵俨之策。这显然是借关羽之兵玩弄的手腕。
吕蒙入据江陵后，释放了于禁及部属，尽得关羽及其将士家属，吕蒙皆有抚慰，约令军中不得私入民宅，取人财物。吕蒙手下有一人取民家一顶斗笠以覆官铠，此人是其汝南同乡，官铠又是公物，但其私取百姓之物，已犯军令，吕蒙仍垂涕斩之，于是军中震栗，道不拾遗。吕蒙军纪严明，秋毫无犯，每日只令亲信各存恤百姓，问所不足，疾病者给医药，饥寒者赐衣粮。关羽于城中库藏财宝诸物，皆封存以待孙权。关羽南退之后，数次派人与吕蒙联络，吕蒙对关羽的使者辄加厚遇，并周游城中，家家致问，或手书示信。关羽的使者回去后，众人都私下里前来探询消息，当得知家门无恙，见待过于平日时，关羽军中皆无斗志。