马超兵败渭南逃到边塞胡人那里，曹操追剿到安定，苏伯又在河间反叛，曹操要率军东还。这这时，凉州参军杨阜，字义山，径来长安见曹操。对曹操说：“马超有韩信、黥布的勇猛，极得羌、胡等民族的拥戴，西部边境的人都敬畏他。如果您的大军回师后，不作周密准备，陇上诸郡恐怕就不再为国家所有了。”曹操深表赞同，决定撤军，留夏侯渊屯兵长安，夏侯渊保举冯翊高陵人，姓张，名既，字德容，为京兆尹，与夏侯渊同守长安。曹操班师回都。献帝排銮驾出郭迎接。诏曹操“赞拜不名，入朝不趋，剑履上殿”：如汉相萧何故事。自此威震中外。公元211年（建安十六年），刘璋听说曹操将派兵到汉中征讨张鲁，心中恐惧，张松又劝说刘璋：“现在州中将领庞羲、李异等人都居功自傲，且心怀异志，如不能得到刘豫州的帮助，益州将外有强敌攻击，内遭乱民骚扰，必定走向败亡。”刘璋又听从了张松之言，立刻派法正率部队迎接刘备。刘璋的主簿巴西人黄权劝阻说：“刘备有骁勇的名声，现在要是以部下的身份对待他，就没法满足他的心愿；要是以宾客的身份对待他，一国不容二主，造不是使自己安全的办法。”从事广汉人王累将自己倒吊在益州城门上劝阻刘璋，刘璋全都不予采纳。刘璋为刘焉幼子，母费氏，是后来娶了刘璋女儿的费观的族姑。

公元188年（中平五年），刘焉向汉灵帝建言设立州牧总管各地军政大权，自己出任益州牧，而刘璋与兄长刘范、刘诞都留在京城，只有刘瑁随刘焉入蜀。刘璋后来出任奉车都尉，受朝廷派遣诏谕刘焉，刘焉就把他留下不再返回朝中。公元194年（兴平元年），刘范在长安与马腾密谋进攻权臣李傕，泄露之后与刘诞一起被杀，而刘璋则得以幸免。刘焉的世交议郎庞羲保护刘焉的几个孙子，送入益州。刘焉因为逝子之痛，又逢绵竹城中大火，不得已迁治成都，背疽发作逝世。刘焉死后，益州官吏赵韪等希望利用刘璋温仁，于是上书推举他继掌益州刺史，得朝廷诏为益州牧，同时任命赵韪为征束中郎将。将领沈弥、娄发、甘宁起事反对刘璋，被赵韪打败后奔荆州。

在此以前荆州牧刘表上书告发刘焉僭越身份，在乘车器物衣服方面和天子比拟，因此赵韪驻兵朐腮以防备刘表。当初南阳、三辅的几万家百姓流亡到益州，刘焉将他们全部收为部众，称为“束州兵”。刘璋性情柔弱宽容，缺乏威信谋略。束州入侵凌横暴，成为百姓的灾难，刘璋没有能力制止，旧有的士人相当埋怨并且叛离。赵韪在巴中，很得百姓士兵的欢心，刘璋将大权交给他。赵韪见到民心不和，就暗中勾结州中的世家望族。

公元200年（建安五年），赵韪反动叛乱，蜀地多处响应，幸得刘焉之前收容荆州、三辅流民建立的“东州兵”拼力死战，才平息了叛乱，杀赵韪于江州。

刘璋为人懦弱，原本依附于刘焉的汉中张鲁骄纵，不听刘璋号令，于是刘璋杀张鲁母弟，双方成为仇敌，刘璋派庞羲攻击张鲁，但多次被张鲁所破。