驻守江油的蜀军以为魏军还被姜维阻挡在剑阁，看到邓艾突然兵临城下，大为惊慌，江油守将马邈投降。蜀国卫将军诸葛瞻听到邓艾兵至江油，立刻从涪城进军绵竹，准备拦击邓艾。邓艾占领江油后，迅即向绵竹进发，正遇诸葛瞻在此列阵迎候。邓艾命令儿子邓忠和部将师纂分两路进攻蜀军，结果战败退回，二人对邓艾说：“敌人还很强大，现在不能进攻。”邓艾大怒，呵斥道：“我军生死存亡，在此一举，还有什么不能进攻呢！”并欲将二人斩首，邓忠和师纂只得回身再战，拼命进攻，终于大破蜀军，蜀军主将诸葛瞻和儿子诸葛尚、尚书张遵都被魏军杀死。邓艾乘胜前进，进军雒城（今四川广汉），蜀国都城成都已经遥遥在望了。

蜀汉后主刘禅听到诸葛瞻战败、邓艾兵临雒城的消息，大为震惊，慌忙召集群臣商议，刘禅采纳了谯周的建议，派使者带着降书和自己的印玺、绶带到雒城向邓艾请降。公元263年十一月，邓艾率军进入成都，割据巴蜀四十二年的蜀汉灭亡了。

邓艾灭蜀后，立刻采取一系列措施安抚蜀国君臣百姓。他严格约束军队，禁止掳掠，对降顺的蜀国百姓都让他们各安旧业，蜀国百姓称颂不已。邓艾仿效东汉刘秀的大将军邓禹平定河东时的做法，承制拜刘禅行骠骑将军，刘禅的太子、诸王也都拜为奉车、驸马都尉。对蜀国的官吏们也按其官职高低任命为魏国的官吏，或用为邓艾自己的僚属。邓艾下令在绵竹筑台为京观，以显扬自己的战功，将战死的魏兵和蜀兵一起埋葬。邓艾一举灭蜀，不免有点居功自傲，他对蜀国的降官们说：“你们幸而遇到了我，才得有今天。如果遇上吴汉这样好杀的人，早都被杀光了。”又说：“姜维本为一代雄才，但他碰上我就无计可施了。”有见识的人都暗暗讥笑他的矜夸。这年十二月，朝廷下诏书褒奖邓艾，称赞他：“兵不逾时，战不终日，云彻席卷，**定巴蜀。虽白起破强楚，韩信克劲赵，吴汉擒子阳，亚夫灭七国，计功论美，不足比勋也。”（《三国志·邓艾传》）进封邓艾为太尉，增邑二万户，并封其二子为亭侯，各食邑千户，邓艾的功业达到辉煌的顶点。