今年六月，马援以唐经的四千山地兵为前锋，袭夺了武都郡。皇帝便改任他为武都太守，在武都筹划进兵汉中。
陇西郡则由向义侯王遵为太守，以牛邯为护羌校尉，两个人都曾是隗嚣的手下，对陇西事务十分熟悉。
皇帝的任命体现了一个字：“稳”。他需要陇西稳定，希望地方官能镇得住羌人，让陇西成为马援南进稳定的大后方。
刘茂和孙易在长安策划通过栈道穿越秦岭突袭汉中的计划，正要开始实施，进攻大散关的公孙述成家军却因为西城发生叛乱而突然退兵，叛乱来得急去得快，不到半个月便告平定。
没有大散关牵制成家军主力，突袭的计划被暂时搁置，刘茂便重新修改了战略，在武都、大散关、武关和京兆三地同时准备，等待时机发动。
今年秋天，关中大丰收，屯田所得大大充实了郡县的粮仓，民间粮食也很充足，前两年遍地饥民的现象彻底不见了，关中人人皆有饭吃，百姓全无冻馁之优。
在这种有利的条件下，在长安监国的刘恭和负责军事的刘茂兄弟两个商量，在秋收后，从武都、大散关和武关同时出兵，进攻汉中。这个计划快马报给了正在北征的小皇帝，皇帝当即批准。
皇帝以伏波大将军马援总督各路兵马，负责平定成家公孙述。
当年九月，马援率先出动，率军两万，从武都出兵，经陇南道南下；同时卫尉诸葛稚率军两万出大散关，经陈仓故道，向汉中挺进。
马援麾下大多是精心选练的山地兵，携带军粮主要为山饼，倍道间行，突然出现在汉中，袭夺了汉中西部重镇褒中和沔阳，得到在汉中立足的落脚点。
南郑是汉中西部的中心，驻有重兵，褒中和沔阳两座城是南郑的西北部屏障，也是汉中通往关中的桥头堡，地理位置十分重要。成家在汉中的大将赵匡没想到马援军行动如此迅速，刚得到消息，马援的兵马已到，成家军被打了个措手不及，连丢两城。
这时马援军距离南郑已是咫尺之遥，成家大将赵匡马上集结兵马，大军六万余人驻在南郑，欲与马援决战。马援来的时候极快，这时却突然慢了下来，不再进兵，而是大修工事，摆出一副防御的姿态。
他率军一万驻扎在褒中，分兵一万，由校尉唐经率领，驻守沔阳。
赵匡见马援兵少，亲率四万大军猛攻褒中，马援只是固守，赵匡连攻二十余日，不能攻下。
诸葛稚虽与马援同时出兵，但他携带的都是重武器，士兵们在狭窄的陈仓道上，将霹雳车等攻城器械连推带拉，一点点前进，速度很慢，所以比马援足足晚了半个月，才出现在汉中平原。
诸葛稚一到，汉中形势为之一变，南征军人数达到四万人，兵马精强，可与赵匡大军抗衡。
公孙述从蜀中派兵三万，由他的弟弟大司马公孙恢亲自带领，进入汉中，围攻沔阳。汉和成家的大军一共十几万集于汉中西部，相互攻杀。
汉中西部打得难解难分，东部也并不消停，汉征南将军仇志率精兵一万五千，绕道突入汉中，占据了钖县，迅速进兵旬阳。
汉中郡东部的主要据点是郡治西城，由成家大将侯丹驻守。侯丹见状，集结四万大军东进迎击，双方在旬阳一带激战，仇志兵少，战事不利，从旬阳退回钖县，准备固守。
侯丹乘胜进兵，包围了钖县，仇志闭门不出。
自从马援入汉中，战事已持续了一个月，进入了一个相对平衡的相持态势。
这种态势只稳定了不久，突然被打破。
汉定陇将军孙易自子午谷出兵，率八千精兵，如同神兵天降一般，突然出现在汉中中部，几乎没有休整，疾行军奔袭了汉中郡治西城。
此时成家军在东西两线搏杀，西城之兵并不多，孙易一举夺得西城，断掉了侯丹南归的后路，垫定了汉中战役的胜势。
皇帝刘钰回军长安时，汉中一半已落入汉军之手，但是南郑城还牢牢地掌握在成家大将赵匡之手。