建安五年（200年），曹操親提大軍出征，劉備敗逃投奔袁紹，關羽被生擒，被帶到許都，曹操待以厚禮，任命為偏將軍。
后來，袁紹派大將郭圖、淳于瓊、顏良攻東郡太守劉延于白馬。荀攸提出了聲東擊西、輕兵掩襲白馬的作戰方略。曹操接受了荀攸的建議，親自率軍救援。顏良大驚，倉促應戰。曹操命張遼與關羽為前鋒擊之。關羽望見顏良的麾蓋，策馬沖鋒，刺死顏良于萬軍之中，又拔出佩刀斬得顏良的首級，然后返還。袁軍將領無人能擋，白馬之圍被解，曹操上表請求漢獻帝封關羽為漢壽亭侯。[10-11]不久，關羽就離開曹操，投奔在袁紹麾下的劉備。
劉備在得到諸葛亮后，越來越器重諸葛亮。關羽、張飛對此事感到不悅，劉備解釋道：“我得到了孔明，就像魚得到了水，希望諸君不要再說了。”關羽、張飛才停止了抱怨。
建安十三年（208年），劉備投靠劉表，屯兵于新野。曹操率領大軍南下，劉備南逃，另遣關羽乘數百艘船駛向江陵會合，但劉備于途中當陽（今湖北省宜昌市）長坂坡被曹操軍追至，幸而關羽駛至漢津，一同乘船至夏口。[15]
劉備聯合孫權擊敗曹操后，曹操留曹仁等防守荊州。于是，劉備與孫權大將周瑜圍攻曹仁于江陵，關羽受命絕北道，迎戰李通。[16]劉備與曹操勢力交戰于荊州時，關羽還曾在漢津與滿寵、徐晃交鋒。[140]劉備向南收取荊州南部四郡（長沙、零陵、武陵、桂陽）。關羽被拜為元勛，受封襄陽太守、蕩寇將軍。此時，襄陽實為曹操勢力范圍，由樂進駐守，所以關羽駐兵于江南。[17]在此期間，關羽重修了江陵城。
建安十六年（211年），劉備入蜀，助劉璋討伐張魯，讓張飛、趙云、諸葛亮與關羽共守荊州。
建安十七年（212年），曹操南征孫權，孫權呼劉備自救，劉備遣使請求東行，并提到“樂進在青泥與關羽相拒，今不往救羽，進必大克，轉侵州界”，之后劉備的內應張松密謀泄露被殺，劉備與劉璋反目開戰。
建安十九年（214年），劉備攻打雒城時，軍師龐統中矢身亡。劉備召張飛、趙云、諸葛亮入蜀支援。關羽駐守荊州。劉備平定蜀地后，以關羽董督荊州事，[19]授權掌管荊州地區劉備控制的部分，包括荊州南部四郡和從東吳借來的南郡治所江陵和附近的公安，關羽事實上鎮守荊州五郡（南郡、長沙郡、零陵郡、武陵郡、桂陽郡）。又對諸葛亮、法正、張飛、關羽四人各賞賜了黃金五百斤、白銀千斤、錢幣五千萬、錦帛一千匹。
建安二十年（215年），孫權認為劉備已奪得益州，遣諸葛瑾為使，求得荊州的長沙、零陵、桂陽。[155-156]劉備不許，回應說：“我正圖取涼州，等平定涼州，就把荊州全部給吳。”孫權說：“這是借而不還，而要用空話搪塞拖延時間。”于是設置荊州南三郡長吏，關羽將他們全部驅逐。孫權大怒，遣呂蒙督鮮于丹、徐忠、孫規等率兵兩萬，襲長沙、零陵、桂陽三郡，魯肅率萬人屯巴丘抵御關羽，孫權駐于陸口為諸軍節度。呂蒙到后，移書長沙、桂陽，二郡望風而降，唯零陵太守郝普守城不降。劉備親自引兵五萬向公安，令關羽率三萬兵入益陽[155]，與孫權爭奪三郡。呂蒙用計使郝普歸降，又回軍與孫皎、潘璋以及魯肅士兵并進，拒關羽于益陽。
魯肅邀請關羽相見，孫劉兩方的將領在陣前“單刀會”，據理相爭但最終不歡而散。
在孫權勢力占據長沙時，有安成縣長吳碭與中郎將袁龍等響應關羽，反叛孫權，但最終被魯肅、呂岱平定（史書并未記載此事具體時間）。