进图汉中
建安二十二年(217年)，法正向刘备献计，认为曹操一举降伏张鲁，却未继续进攻益州，而留下夏侯渊、张合驻守汉中，一定是内部动乱，而夏侯渊、张合的才能不足以守住汉中，应该立即发兵夺取汉中。且告诉刘备夺取汉中的意义：上，可以讨伐国贼，尊崇汉室;中，可以蚕食雍、凉二州，开拓国境;下，可以固守要害，是持久的战略。刘备赞同，于是率领诸将进攻汉中。
刘备有一次与曹军在作战中，形势不利，本应马上撤退，而刘备却大怒不肯撤军，无人敢进谏。当时箭如雨下，法正便走去挡在刘备前面。刘备赶紧喊道：“孝直避箭。”法正回道：“连明公也冒着箭雨、飞石，何况我呢?”刘备只好允诺：“我和你一起撤退。”便暂时撤军了。
计斩妙才
建安二十四年(219年)，正月，刘备南渡沔水，于定军山、兴势山山麓扎营，与率军前来的夏侯渊部对峙。当时夏侯渊(字妙才)驻守南线据点走马谷，张合驻守东线据点广石。法正采取声东击西之计，让刘备将万余精兵分作十队，趁夜轮番进攻广石。张合率亲兵搏战，虽然没有丢失据点，但也抵挡不住刘备军的轮番攻击，于是向夏侯渊要求增援。
夏侯渊将精兵分拨一半去支援张合，自己继续固守南线。随后刘备派兵偷袭走马谷，放火烧毁了曹军阵地前的防卫工事鹿角，夏侯渊亲自率四百军士出营救火、修补鹿角。此时，法正看准时机，见夏侯渊正处於劣势，提议全力进攻夏侯渊，刘备于是命黄忠居高临下从后方擂鼓突袭，夏侯渊猝不及被黄忠斩杀，曹军溃败。刘备从此占据了汉中之战的主动权。不久，曹操亲征，听闻是法正献计取汉中，因而感慨不已叹道：“吾故知玄德不办有此，必为人所教也” 。
接下来的战事中，曹操虽然兵力占有优势，但是刘备敛众拒险，终不与曹操交锋，曹操积月不拔，亡者日多。夏，曹操不得已而引军还，刘备遂占据汉中，自立为汉中王，以法正为(汉中王)尚书令、护军将军。
去世
魏黄初元年(220年)，法正去世，终年四十五岁。法正之死令刘备十分感伤，一连哭泣数日。被追谥为翼侯。
