孙权向吕蒙寻求计策，吕蒙说：“我预计关羽的兵力少，肯定不会选择大路逃跑。麦城正北方有险峻的小路，他必然会从那条路逃走。可以让朱然带领五千精兵，埋伏在麦城北面二十里的地方。关羽的军队到了，不要与他们交战，只需紧随其后进行掩杀。关羽的军队肯定没有战意，必然会逃往临沮。然后再派潘璋带领五百精兵，埋伏在临沮的山僻小路上，这样关羽就可以被擒获了。现在我们派将士攻打各个城门，只空出北门，等待他们从北门出逃。”孙权听了这个计策，又让吕范卜卦。卦象出来后，吕范报告说：“这个卦象显示敌人会投向西北方向逃走，今晚亥时肯定会被擒获。”孙权非常高兴，于是命令朱然、潘璋带领两支精兵，按照军令埋伏去执行任务。
再说关羽在麦城，清点马步军兵，只剩下三百多人，粮草也用尽了。这天晚上，城外的吴兵呼唤各军的名字，很多士兵都越城投降了，而救兵却迟迟未到。关羽心中无计可施，对王甫说：“我后悔当初没有听你的话！现在危急时刻，该怎么办才好呢？”王甫哭着说：“现在的情况，即使姜子牙再世，也没有办法可施了。”赵累说：“上庸的救兵之所以没有到，是因为刘封、孟达按兵不动的缘故。我们为什么不放弃这座孤城，逃入西川，再重整兵马，以图恢复呢？”关羽说：“我也正有此意。”于是上城观察情况。他看到北门外敌军不多，就询问本城的居民：“从这里往北走，地势如何？”居民回答说：“从这里往北都是山僻小路，可以通往西川。”关羽说：“今晚我们可以走这条路。”王甫劝谏说：“小路有埋伏，还是走大路吧。”关羽说：“即使有埋伏，我又有何惧！”于是下令马步官军严整装束，准备出城。王甫哭着说：“君侯在路上要小心保重！我和一百多名部卒会拼死守住这座城，即使城破了，我们也决不投降！只希望君侯能速来救援！”关羽也含泪告别了他，留下周仓和王甫一起守麦城。他自己带着关平、赵累和两百多名残兵从北门突围而出。
关羽挥舞着大刀奋勇前进，走到初更以后已经走了二十多里路。突然之间只见山凹处金鼓齐鸣喊声震天一支军队冲了出来为首的大将是朱然他高喊着：“云长别跑！趁早投降还能免你一死！”关羽大怒拍马挥刀冲上前去与朱然交战。然而朱然却假装败走关羽乘势追杀过去。就在这时四下里伏兵纷纷涌出关羽不敢再战只能往临沮的小路退去。朱然率兵紧紧追赶关羽手下的士兵越来越少。
还没走四五里路前面又传来喊声火光冲天潘璋挥舞大刀杀了过来。关羽再次大怒挺刀迎战只打了三个回合潘璋就败走了。关羽知道这是敌人的诡计不敢追击急忙往山路上逃去。这时关平赶了上来报告说赵累已经在乱军中被杀死了。关羽听到这个消息悲痛欲绝他让关平断后自己在前面开路继续逃跑。随行的人已经只剩下十多个了。
当他们走到一个叫做决石的地方时两边都是高山山上布满了芦苇败草和丛杂的树木。此时已经是五更将尽天快亮了关羽等人正在行走之间突然一声呐喊两边伏兵尽数而出他们用长钩套索一齐攻击先把关羽骑的马绊倒了。关羽从马上摔了下来被潘璋的部将马忠所擒获。关平听到父亲被擒的消息火速赶来救援但此时潘璋、朱然已经率兵赶到把关平团团围住。关平孤身奋战力尽之后也被俘虏了。
到了天明时分孙权得知关羽父子已经被擒获非常高兴立刻召集众将在帐中商议。不一会儿马忠就簇拥着关羽来到了孙权的面前。孙权对关羽说：“我久仰将军的威名和大德想要与你结为秦晋之好为什么要拒绝我呢？你过去自以为天下无敌今日为何会被我所擒？将军今日是否还服我呢？”关羽听了孙权的话厉声大骂道：“碧眼小儿紫髯鼠辈！我与刘皇叔在桃园结义誓死扶持汉室岂能与你这种叛汉之贼为伍！我今天误中了奸计只有死路一条何必再多说什么！”
孙权回头对众官员说：“关羽是世间的豪杰，我深深地喜爱他。现在我想要以礼相待，劝他归降，你们看怎么样？”主簿左咸说：“不可以。以前曹操得到这个人的时候，封他为侯，赐给他爵位，三天一小宴，五天一大宴，上马送他一袋金子，下马送他一袋银子，如此的恩礼，最终还是留不住他，任凭他斩关杀将而去，结果导致今天反而被他所逼，几乎要迁都以避开他的锋芒。现在主公既然已经擒住了他，如果不立刻除掉，恐怕会留下后患。”孙权沉思了半晌，说：“你说得对。”于是命令将关羽推出去斩首。就这样，关羽和他的儿子关平都被杀害了。这时是建安二十四年的冬十二月，关羽享年五十八岁。
后人有诗感叹说：
汉末才无敌，云长独出群。
神威能奋武，儒雅更知文。
天日心如镜，《春秋》义薄云。
昭然垂万古，不止冠三分。
又有诗说：
人杰惟追古解良，士民争拜汉云长。
桃园一日兄和弟，俎豆千秋帝与王。
气挟风雷无匹敌，志垂日月有光芒。
至今庙貌盈天下，古木寒鸦几夕阳。
关羽死后，他骑的
赤兔马被马忠所获，献给孙权。孙权立刻赐给马忠骑坐，但那匹马几天不吃草料而死。
却说王甫在麦城中，听到关羽的死讯后惊恐万分，他问周仓：“昨夜我梦见主公浑身血污地站在我面前，我急忙问他，却突然惊醒。不知道主公是吉是凶？”正说着，忽然有报告说吴兵在城下，将关羽父子的首级展示出来招降。王甫和周仓大惊，急忙登上城墙查看，果然是关羽父子的首级。王甫大叫一声，从城墙上摔下而死，周仓也自杀身亡。于是麦城也归属于东吴。
关公的灵魂却没有散去，飘飘荡荡来到了一处地方，那是荆门州当阳县的一座山，名为玉泉山。山上有一位老僧，法名普净，原来是汜水关镇国寺中的长老。他因为云游天下，来到这里，看到山清水秀，就在这里结草为庵，每天坐禅参道，身边只有一个小行者帮他化缘度日。
这天晚上月白风清，三更以后，普净正在庵中默坐，忽然听到空中有人大声呼喊：“还我头来！”普净抬头仔细观看，只见空中有一人骑着赤兔马，提着青龙刀，左边有一位白面将军，右边有一位黑脸虬髯的人相随。他们一起落到玉泉山顶上。
普净认出那人是关公，于是用手中的拂尘敲着门说：“关将军在哪里？”关公的英灵立刻醒悟过来，下马乘风落到庵前双手合十问道：“大师是何人？愿求法号。”普净说：“老僧是普净，以前在汜水关前的镇国寺中曾经与君侯相会过，今天难道就忘记了吗？”关公说：“以前承蒙大师相救之恩我一直铭记在心不敢忘记。今天我已经遇害而死希望大师能够指点迷途。”
普净说：“过去的事情已经过去了现在才是最重要的。因果报应不爽今日将军被吕蒙所害大呼‘还我头来’。然而颜良、文丑以及五关六将等众人的头又该向谁去索取呢？”关公听了这番话恍然大悟向普净行礼后离去。
后来关公经常在玉泉山显灵护佑百姓乡人感激他的恩德就在山顶上建了一座庙四时祭祀。后人在庙中题了一副对联：
赤面秉赤心、骑赤兔追风驰驱时无忘赤帝；
青灯观青史、仗青龙偃月隐微处不愧青天。
孙权害死了关公之后尽收荆襄之地犒赏三军设宴大会诸将庆功。他将吕蒙安排在上位对众将说：“我长久以来一直得不到荆州今天却轻而易举地得到了这都是子明的功劳啊！”吕蒙再三谦让表示感谢。孙权又说：“以前周郎雄才大略在赤壁击败了曹操但不幸早逝鲁肃接替了他的位置。鲁肃初见我的时候就谈论了帝王大略这是他的一个长处；曹操东下的时候众人都劝我投降只有鲁肃劝我召回周瑜迎战这是他的第二个长处；但是他劝我借荆州给刘备这是他的一个短处。现在子明你设计定谋一下子就夺取了荆州你的功劳胜过了鲁肃和周瑜啊！”
孙权亲自为吕蒙斟酒。吕蒙正要接酒喝时，突然把酒杯扔到地上，一手抓住孙权，大声怒骂：“你这个碧眼小儿，紫胡子的鼠辈，你还认得我吗？”众将大吃一惊，急忙来救时，吕蒙把孙权推倒，大步走上前，坐在孙权的位子上，眉毛倒竖，双眼圆睁，大声喝道：“我自从破黄巾军以来，纵横天下三十多年，今天竟然被你用奸计暗算我，我活着的时候不能吃了你的肉，死了也要追吕贼的魂！我是汉寿亭侯关云长。”孙权大惊，慌忙带着大小将士都下拜。只见吕蒙倒在地上，七窍流血而死。众将看见，都感到恐惧。孙权将吕蒙的尸体，放入棺材安葬，追赠他为南郡太守、孱陵侯，并命他的儿子吕霸继承爵位。孙权从此被关羽的事情所惊吓，感到惊讶不已。
突然有人报告张昭从建业来了，孙权召他进来询问。张昭说：“现在主公损失了关羽父子，江东的灾祸不远了！这个人与刘备在桃园结义的时候，誓言同生共死。现在刘备已经拥有了两川的兵力，再加上诸葛亮的智谋，张飞、黄忠、马超、赵云的勇猛。如果刘备知道关羽父子被害，一定会倾国之力出兵，奋力报仇，恐怕东吴很难抵挡。”孙权听了大吃一惊，跺脚说：“我失策了！像这样怎么办呢？”张昭说：“主公不用担忧。我有一个计策，可以让西蜀的军队不侵犯东吴，荆州也会像磐石一样安稳。”孙权问是什么计策。张昭说：“现在曹操拥有百万大军，虎视眈眈地盯着华夏地区，刘备急于报仇，一定会与曹操讲和。如果两处联合出兵而来，东吴就危险了。我们不如先派人把关羽的首级送给曹操，让刘备知道是曹操主使的，他一定会痛恨曹操，西蜀的军队就会攻打魏国而不是吴国了。我们可以坐观其胜负，然后从中取利，这是上策。”
孙权听从了他的建议，随即派使者用木匣子装着关羽的首级，连夜送给曹操。当时曹操从摩陂班师回洛阳，听说东吴送来了关羽的首级，高兴地说：“关羽已经死了，我晚上睡觉可以安心了。”阶下有一人站出来说：“这是东吴移祸的计策。”曹操一看，是主簿司马懿。曹操问他原因，司马懿说：“以前刘备、关羽、张飞三人在桃园结义的时候，誓言同生共死。现在东吴害了关羽，害怕刘备报仇，所以把关羽的首级献给大王，想让刘备迁怒于大王，攻打魏国而不是吴国，他们却可以在中间趁机图谋。”