鄧艾進至陰平，欲與諸葛緒合兵南下。諸葛緒不從，領軍東向靠攏鍾會。鍾會欲專軍權，誣告諸葛緒畏敵不前，將其押回治罪，隨即統領大軍南下，被姜維阻於劍閣。劍閣素有「一夫當關，萬夫莫開」之稱，姜維憑險據守，鍾會攻劍閣不下，無計可施。時魏軍因軍糧不繼，鍾會準備退兵。

鄧艾上書說：「如今賊寇大受挫折，應乘勝追擊。從陰平沿小路、經漢德陽亭，奔赴涪縣，距劍閣西有百餘里，距成都三百餘里，派精悍的部隊直接攻擊敵人的心臟。姜維雖死守劍閣，但在這種情形下，他一定得引兵救援涪縣。此時，鍾會正好乘虛而入。如果姜維死守劍閣而不救涪縣，那麼，涪縣兵力極少。兵法說道：『攻其不備，出其不意。』今進攻其空虛之地，一定能打敗敵人。」十月，鄧艾趁姜維被鍾會牽制在劍閣，率軍自陰平沿景谷道東向南轉進，南出劍閣兩百多里，鍾會也派部將田章等跟進。鄧艾率軍攀登小道，鑿山開路，修棧架橋，魚貫而進，越過七百餘里無人煙的險域。山高谷深，至為艱險。途中，糧運不繼，曾多次陷入困境。部隊走到馬閣山，道路斷絕，一時進退不得，鄧艾身先士卒，用毛氈裹身滾下山坡。鄧艾率軍出其不意地直抵江油，迫降守將馬邈。蜀漢衛將軍諸葛瞻（諸葛亮子）從涪城回到綿竹，列陣等待鄧艾。

鄧艾派其子鄧忠攻打諸葛瞻的右翼，司馬師纂攻其左翼。鄧忠、師纂失利，退回，對鄧艾說：「賊兵堅守牢固，很難擊破。」鄧艾大怒，說：「生死存亡之際，全在此一舉，還說什麼可與不可！」大聲叱責二將，並要將其斬首。二將策馬奔回，揮軍再戰，鄧艾也親臨督戰，終大破蜀軍，遂克綿竹，斬蜀將諸葛瞻及尚書張遵等人。

綿竹陷落後，蜀軍全線崩潰。鄧艾乘勝進擊，一鼓作氣攻陷雒縣（今四川廣漢北），逼近成都。蜀漢後主劉禪驚恐失據，感到大勢已去，在主降派勸導下，派人送上皇帝的印綬，並寫信到鄧艾那裡請降。鄧艾率軍入成都，蜀漢滅亡。劉禪又派人去前線命令姜維等投降，姜維等得到命令，便到鍾會軍中投降。

此戰，鄧艾趁兩軍主力相持之際，率偏師出奇兵，進行大縱深迂迴穿插，繞過蜀軍的正面防禦，直搗蜀都成都，創造了中國戰爭史上著名的奇襲戰例。

鄧艾入成都，劉禪率領太子、諸王、群臣六十多人綁住自己、抬棺至軍營拜見。鄧艾手執符節，解開綁縛，焚燒棺材，接受投降，並寬恕了他們。鄧艾約束部眾，進城後，沒有發生搶掠。他安撫投降的人員，使他們復任舊業，受到蜀人的擁護。