通过益州一役，黄忠的勇猛善战给刘备留下了深刻的印象，使刘备认识到黄忠是难得一遇的良将，绝非池中之物；黄忠也终于得到了展示自己才华的机会，十分感激刘备对他的知遇之恩。这次战役之后，黄忠时刻希望能够再立战功以感谢刘备对他的知遇之恩，刘备也极力想为黄忠提供一展拳脚的机会，以便于使黄忠累立军功，好对他委以重任。

建安二十四年（公元219年），黄忠随刘备率大军攻入汉中，驻军定军山（位于今陕西省勉县），与曹军对峙。

把守汉中的是曹军名将夏侯渊和张颌。夏侯渊见刘备攻到，率军直奔刘备军营奔袭而来。夏侯渊将强兵精，来势汹汹。刘备派遣黄忠擂鼓迎战。黄忠一马当先，直冲夏侯渊大军。战鼓声震天地，黄忠勇猛无敌，夏侯渊大军节节败退。年过七旬的黄忠毫不显老迈之色，与夏侯渊真刀明枪对决，一刀将夏侯渊斩于马下。黄忠麾下大军一时士气鼎盛，乘势掩杀，曹军大败。

闻听夏侯渊战死，曹操心惊，亲率大军来保汉中。但是，已经在汉中占据了有利之势的刘备对曹操毫不畏惧，大胆放言，曹操必定无功而回。不到半年，曹操征战不利，果然引军而回，将汉中拱手让于刘备。

汉中古战场定军山，三国时期黄忠刀劈夏侯渊那惊心动魄的战争就发生在这里。

黄忠因为汉中之战功勋卓著，被迁为征西将军。刘备随后称汉中王，准备升黄忠为后将军，与名将关羽、张飞、马超并列。诸葛亮劝刘备暂缓升迁黄忠，因为黄忠的名望无法和关羽、马超相比，虽然马超、张飞亲眼见过黄忠凭借勇猛建立功业，但是关羽远在荆州，听到名不见经传的黄忠和他并列，他一定会不高兴。但是刘备坚持己见，认定黄忠的才能和功绩足以与关羽并列，并告诉诸葛亮他亲自向关羽解释。

黄忠于是被封为后将军，赐爵关内侯。但是，由于年事已高，第二年（公元220年）黄忠就不幸去世。刘备称帝之后，追谥黄忠为刚侯。

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