建安十八年（213年），马超在汉阳，再次联合羌胡为患，氐王杨千万叛应马超，屯驻兴国。同年冬，曹操给夏侯渊下了道西征的命令。
建安十九年（214年），赵衢、尹奉、杨阜、姜叙等人共讨马超，姜叙、杨阜起兵于卤城，赵衢劝说马超出战，之后关闭城门，杀死马超妻儿，马超奔汉中投张鲁。
注：陈寿《武帝纪》、《夏侯渊传》及范晔《后汉书董卓传》皆作起兵之事在建安十九年（214年），《杨阜传》称此事在建安十七年（212年）九月，司马光《资治通鉴考异》则认为此事在建安十八年（213年）九月。
马超从张鲁处求兵，北取凉州，还围祁山。姜叙等人急向夏侯渊求救，诸将认为应当听从曹操调度，而夏侯渊认为：“魏公在邺城，往来反复四千里，路程遥远，等收到指令，姜叙等人必败，故此举不适合救急。”商议结束后，夏侯渊即刻出兵，先派张合率步骑五千为先锋，抄近路由陈仓小道进兵，自己则督运粮草随后出发。当张合兵至渭水时，马超率氐、羌数千前来进攻。但双方未交锋马超不战而退，张合于后收整马超军遗留器械。（《资治通鉴》则记载马超是战败而走）当夏侯渊率军赶到时，诸县都已经投降了张合。
而此时韩遂也正驻于显亲，于是夏侯渊又转击韩遂，韩遂不敌败走，夏侯渊收其军粮后继续追击韩遂直至略阳。此地离韩遂军约二十余里，部将中有的倾向继续进攻韩遂，也有的认为应当转攻兴国氐，而夏侯渊本人则认为，韩遂的部队精锐，兴国的城堡坚固，就算勉强进攻也没法立即攻克，还不如进攻长离的诸多羌部老巢，盖因韩遂军中多长离羌兵，攻其必救，如此一来韩遂如放任羌兵自救则陷入独守之境，往救长离则必须出城与夏侯渊军野战，可一战而擒之。于是夏侯渊留下负责监查的部将守卫辎重，自己亲率精锐步骑突袭焚毁长离羌屯，斩首颇多。听闻消息的韩遂军中羌兵纷纷回援各自的部落，韩遂不得已，果然率军来救，而与夏侯渊对阵。诸部将眼看韩遂军力庞大，非常头痛，准备扎营挖堑做持久战。夏侯渊又鼓励大家说：“我军转战千里，如果当时就扎营挖沟，那么士卒们就会士气低落无法坚持作战，敌人虽然军力庞大，但很容易对付。”于是击鼓进兵，大破韩遂军，得到了其帅旗等一干物品。
回略阳稍加调整后，又乘胜围攻兴国，兴国氐王阿贵、百项氐王杨千万（即五胡时的仇池，其后代中多出猛将如杨驹勇健多计略、杨定果勇善战、仅次于高敖曹的北朝第二悍将杨大眼等等）虽然骁勇也不敌夏侯渊猛攻，阿贵被击灭，千万逃奔马超，其余士卒全部投降。接着又转击高平、屠各，全部大胜，收其军粮牛马物资等。于是夏侯渊获得了假节的权利。
十月，曹操又命夏侯渊率领张合、张既等讨伐在枹罕称王置官为乱三十余年的陇西人宋建，夏侯渊遂自兴国出兵，迅速进军并围攻枹罕，仅仅月余，就大破宋建，自宋建起如丞相等所置官员一概斩首。
此外，夏侯渊又派张合等人率兵平定河关，渡河深入小湟中，河西诸羌部全部投降，自此，长期为祸的陇右被平定。回军时，以韩遂所聚羌、胡数万兵有威胁，夏侯渊命令因与韩遂不和而投靠曹军的韩遂女婿阎行断后。而夏侯渊因此大功，为曹操褒奖，称其一举剿灭为乱三十余年的宋建，如同老虎那样横行关右，所向无敌，引用孔子之言“吾与尔不如也”而自叹不如。
建安二十年（215年）三月，曹操西征张鲁，夏侯渊率驻凉州诸将及羌、胡诸王与曹操会师休亭。而曹操每次会见羌、胡的首领，都命夏侯渊陪同出席以威慑诸羌、胡王。
十一月，张鲁投降，汉中平定。曹操以夏侯渊行都护将军职，都督张合、徐晃等平巴郡，开始展开迁民事宜。
十二月，曹操自南郑回，留夏侯渊守备汉中，立即拜夏侯渊为征西将军。
建安二十一年（216年），夏侯渊被增封食邑三百户，加之前所封共八百户。之后，夏侯渊回军攻打武都、下辩等地的氐羌部落，收氐部谷梁十余万斛。
建安二十三年（218年），刘备进军至阳平关，夏侯渊率张合、徐晃等将与其相拒，以徐晃破陈式、张合驻广石，刘备攻而不克，双方相持至第二年。
建安二十四年（219年）正月，刘备自阳平渡过沔水，驻于定军山，夏侯渊率军相争。刘备率精锐万余人，分十部夜袭张合，张合率亲卫奋战反击，刘备不能克，夏侯渊派张合守备东围鹿角，自率精锐守备南围鹿角，刘备于是全力猛攻张合，张合不敌，夏侯渊遂分军一半往救张合，于是刘备又在走马谷采用烧围角之策，夏侯渊带领着400精兵前去救火、修补鹿角，刘备派遣讨虏将军黄忠居高临下突袭渊军，夏侯渊遂战死。谥曰愍侯。夏侯渊的战死导致了夏侯渊军队“军中扰扰”。黄忠军队在“一战斩渊”之后，立即从南围鹿角攻向夏侯渊大营，“渊军大败”。渊军溃散之后，夏侯渊的司马郭淮收敛散卒，并推举张合为军中之主，魏军诸将都愿接受张合的调遣。
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