八月，夏侯渊援军依旧未到，韦康开城投降，马超占据冀城，使张鲁部将杨昂处死凉州刺史韦康。夏侯渊领兵前来攻打，行军到距离冀城二百余里的时候，马超率领军队来战斗，击败了夏侯渊援军。随后百顷氐王杨千万与兴国氐王阿贵也起兵响应马超，率军屯于兴国，夏侯渊于是撤军回长安，两年时间不敢西进。马超以冀城为根据地，割据陇上，自称征西将军，领并州牧，督凉州军事。
建安十八年（213年），韦康旧部下杨阜、姜叙、姜隐、赵昂、尹奉、姚琼、孔信、武都人李俊、王灵结谋反叛，并派遣从弟杨谟到冀城告诉杨阜另一个从弟杨岳，联合安定梁宽、南安赵衢、庞恭等蓄谋起兵。
九月，杨阜和姜叙率先在卤城起兵，赵衢、尹奉劝马超去攻打，马超听到后，率兵前去攻打，梁宽、赵衢偷偷占据冀城，关闭城门，并杀害马超妻子和孩子。马超大怒，但又攻不进冀城，于是袭击历城，杀死杨阜、姜叙在历城的族人（包括怒骂马超的姜叙母亲）杨阜于是率领叛军和马超对战，战场上杨阜与宗祖昆弟七人来围攻马超，都被马超杀死，杨阜自己也身负五处重伤犹然死战。夏侯渊援军赶到后，马超失去了根据地，进退狼狈，只得投奔汉中依附张鲁。这场战后，杨阜等多达十一人因讨马超的功劳被封侯。
建安十九年（214年）春，投靠张鲁后的马超，很受张鲁的欣赏，封马超为都讲祭酒，还打算把女儿嫁给马超，但是在部下的劝谏下，反悔了。马超向张鲁借兵，打算反攻凉州。马超领兵围攻祁山三十天，未能攻下，随后夏侯渊派张郃引援兵赶到，马超没有继续攻打，丢下军事器械做引诱，撤军回了汉中。[44][45]张鲁的部下杨白等因为害怕马超的才能，想要加害于他，于是马超辞兵逃入氐中。恰逢刘备此时率兵入川，刘备派李恢结好马超，马超知道张鲁不是干大事业的人，于是写信给刘备，请求归附。
辅刘七载
建安二十年（215年），正旦（正月初一）时候，马超妾董氏的弟弟董种来向马超恭贺新年，马超捶胸吐血而说：“家门百口余人，全部被杀害，如今我们两个还有什么好相庆祝的？”[47]到了夏季，刘备听说马超要来投，高兴的说道：“益州可以拿下了！”于是派人去迎接马超，且偷偷把自己的一支军队给马超，让马超率兵合围成都。马超率领兵马径直到成都，屯兵于城北，城中所有人都因为马超威名而惊恐，不到十天的时间，成都军民就崩溃了，刘璋随即开城投降。刘备平定西川后，迁升马超为平西将军，并命他督临沮。
建安二十二年（217年），十月，刘备与曹操争霸于汉中之地，刘备派马超与刚刚在巴西大胜张郃的张飞、吴兰、雷铜等将领屯兵于下辩。而马超却策动氐族雷定七部万余人响应刘备，牵制曹军先锋主力。
建安二十三年（218年），正月，张飞与马超、吴兰、雷铜等率军驻扎沮水，假装攻打武都、阴平两郡。吴兰、雷铜被曹洪、曹休等人识破击败，吴兰部将任夔战死。三月，曹操亲率大军来争夺汉中，刘备据守，马超与张飞引兵退回汉中。阴平氐王强端逆斩吴兰，把首级献给曹军。
建安二十四年（219年），刘备在众将的奋勇下夺取汉中全境。秋，以马超为首的一百二十余名蜀汉官员联名上疏《立汉中王上表汉帝》，劝刘备进位汉中王。刘备称王后，迁升马超为左将军，假节。
建安二十五年（220年），彭羕听说刘备调自己远出任职，私下心里很不高兴，于是便去会见马超。马超向彭羕说：“您的才干超群拔萃，主公对您很器重，说您可与诸葛亮、法正等人并驾齐驱，怎么会让您外任小郡，使人失望呢？”彭羕说：“这个老**子，荒唐无理，还有什么可说！”又对马超说：“您是外放官，我是内应，天下不会平定不了。”马超半生为枭雄，归顺刘备，寄人篱下后常心怀危惧之感，听到彭羕说出这种话大吃一惊，默不作声。彭羕走后，马超便将彭羕的话如实上报，于是彭羕被逮捕囚禁，之后刘备听取诸葛亮意见处死彭羕。
章武元年（221年）刘备称帝，建立蜀汉，封马超为骠骑将军，领凉州牧，进封斄乡侯。
主要成就
军事
建安十九年（214年），刘备与刘璋经过三年的斗争，收降西川不少将领，占领西川不少领土，与张飞、诸葛亮、赵云等逐步完成对成都的包围。同时马超的加入，不仅使得刘备军事力量得到进一步壮大，更对当时的刘璋造成了不小的恐慌，从而加速了刘璋军的投降。[58][57]而后刘备与夏侯渊争夺汉中，虽然刘备占据西川后实力大增，但在攻打汉中的时候仍然出现了兵力不足的情况，甚至已经到了男子战女子运的地步。马超与张飞屯兵下辩，而马超在西凉一带素有威望，策动氐族雷定七部万余人响应刘备，为争取汉中的刘备军贡献了一定的军事力量。
政治
刘备攻下汉中以后，群臣一百二十余人联名上书汉献帝表刘备进位为汉中王，联名书是以马超为首。