守汉中。并增封食邑三百户，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，夏侯渊率张郃、徐晃等将与其相拒，以徐晃破陈式、张郃驻广石，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，分十部夜袭张郃，张郃率亲卫奋战反击，刘备不能克，夏侯渊派张郃守备鹿角东部，自率精锐守备鹿角南部，刘备于是全力猛攻张郃，张郃不敌，夏侯渊遂分军一半往救张郃，于是刘备又在走马谷采用烧围角之策，趁夏侯渊前去救火、修补鹿角之时，派讨虏将军黄忠居高临下突袭渊军，夏侯渊遂战死。谥曰愍。

夏侯渊作战勇猛，与其兄夏侯惇一样性格刚烈，但对于使用计谋比较忽视。曹操也常告诫他：“为将当有怯弱时，不可但恃勇也。将当以勇为本，行之以智计；但知任勇，一匹夫敌耳”，但最后还是战死。曹操在得知夏侯渊的死讯后感叹道：“夏侯渊本来并不是会用兵的人，军中称他为‘白地将军’身为督帅尚且不应该亲自作战，更何况是去修补鹿角！”

正始四年（243年）七月，曹芳诏祀夏侯渊等已故旧臣于太祖曹操宗庙。