截止到章武元年十一月中旬，雖然巴蜀的局勢大體上已經平穩，但驟然間取得如此廣大的領土，需要處置的事務其實不可勝數，有些事尚可拖延，但軍務部分則是急不可待，不能耽誤，故而陳沖在返京之前，仍要做些許佈置。
一方面，劉範雖因戰敗損失巨大，但在江州仍有眾近三萬餘人，且益州中仍有不少人是劉範舊部，仍不可小覷。故而眼下並不宜大規模撤軍，且須有一重將在巴蜀坐鎮。這一重任自然而然就落到了段煨頭上，陳沖以段煨暫領益州刺史，楊阜為益州別駕，領四萬眾，分屯在江陽、墊江二地。
另一方面，自六月開始，朱提、牂柯、越巂等江南郡內有狼離、牛乘等十餘名蠻帥趁機生亂。他們以為漢蜀兩軍將長期僵持，便在縣道間劫掠行人，聚斂財物，勢雖不過數百人，卻頗令人生怨。到戰爭結束後，眾蠻帥仍不休兵，一度使新任官員通道斷絕，不得上任。這不得不處置，故而陳沖以龐統為朱提都督，領五千兵馬，就急處理此事。
除此之外，還有俘虜一事，不過這並不難辦，大部分蜀人士卒都被州府登記在冊，而後遣返回鄉。至於蜀朝中的重要官員將領，都被陳沖先行押送至南鄭，預備在陳沖北返時一同進京。這是劉燮得知陳沖大勝後主動提議的，建議趁機為他舉行一次規模宏大的獻俘禮。陳沖本想推辭，但此戰得勝的將士聽聞這個訊息，都極為高興自豪，陳沖不好拂了眾人的興，也還是答應下來了。
至於其餘的春耕、山禁、舉賢等事，陳沖也都寫好了條陳，託楊阜轉交給即將趕來赴任的新任益州刺史牽招。
到了啟程北返的這一天，天空灰濛壓抑，但陳沖走在光禿禿的楓樹從中，又覺得頭頂開闊，而後就看見天地間飄零起舞的霰雪了，雪片斑斑點點落在山川大地上，就像露珠蒸發般很快消失，陳沖見此情形，不禁想到：此時的關中大地，想必已經是天地一色了吧。
於是一行人穿上皮襖往北走，隨陳沖往北的還是馬超一行。他已確認將在回京時隨陳沖一道獻俘，所以路上格外興奮，無事時便來向陳沖問安，而後在溪水邊給坐騎刷毛，盤算進京時當著何甲方有風采。陳沖見狀不免啼笑，但也理解年輕人錦衣揚名的想法。但他轉眼一想，其實馬超也已三十有六，並不年輕了，只是自己太過老成，經歷的戰陣雖多，卻不擅長殺人，所以在腥風血雨中，常常會想到死。想得多了，人也就看澹了，滄桑了。
只是腦海中一想到死這個字，陳沖不禁打了個寒磣，他又想到了在家中的妻子。自己這一仗又打了接近一年的時間，公主還一人在家中幽居嗎？她還恨自己嗎？陳沖得不到答桉。他只是想起，自己在家時一看到公主的眼睛，就會覺得她的眼眸裡帶著窺伺自己魂靈的恐怖，雖然她的言語依然溫婉，但她的眼中帶有死意，自己是絕對不會看錯的。那麼自己這次回去，又有什麼好的辦法來安慰她呢？
陳沖在一天夜裡試圖思考這個問題，但很快發現，這個問題對他卻顯得是如此深奧，他能夠輕易地佈置出事關國家命運的新政，卻難以明白一個靈魂的內藏，就如同一個盲人無法摸索出老虎的形狀，陳沖最終還是放棄了這個思考。因為他問自己：“我還能如何做呢？”然後他回答說：“我已經做了我能做到的一切，我實在不知該如何做了。”他打定主意，往後依舊盡力去關心妻子，但是結果如何，陳沖心中沒有底，所以也就不再去想。但無論如何，這都給陳沖的北返之路帶來了些許陰翳。
經過二十餘日的跋涉，陳沖與隨行三千餘人終於在年關之前趕回了關中。此時劉燮在陳倉等待多時，見陳沖回來，立馬乘馬來向他賀喜，並玩笑道：“叔父以偏師滅蜀，彪炳千古，真是羨煞我了。”陳沖知他雖是玩笑，內心也渴望建功，便安慰道：“如此西土既平，很多事便不須你我操勞了。既如此，下次我對你父皇諫言，讓你隨軍東征，我坐鎮中央便是。”劉燮得言，這才緩解胸中塊壘。
而後一行人繼續趕向長安。此時劉備也已回到西京，諸事齊備，於是在臘月辛亥這一天，長安舉行了盛大的獻俘禮。
劉備率滿朝文武升未央宮正南西安門受俘。而陳沖則領軍士先自渭北過渭橋，而後沿西市藕池出發，只王渠繞城東行二十裡，最後經龍首原入城。長安得聞如此大勝，早就街巷一空，無不出城圍觀凱旋將士，沿途兩側士女如堵，爭相一睹百戰鐵騎之風采。
馬超領扶風騎士策馬在前，他此時身著戎衣，外罩之色錦袍，後跟百名騎五色大馬的騎士，軍旗迎風招展，顯得英姿颯爽，風光無限。後面則是姜敘所部，兩百人整齊劃一地朝天射鳴鏑箭，聲勢極為驚人，然後引起長安百姓一片歡呼尖叫，而後是尹奉所率的步陣，全副武裝穿明光鎧甲，步履一步一頓，冬日下，他們手持的鐵刃寒光閃閃，奪人眼目。
陳沖此時身騎青騅，頭戴綸巾，著一身青色曲領長袍，在一片明晃晃的甲胃中並不起眼，皮靴和坐騎甚至都還帶有斑斑雪泥。但所過之處，百姓無不認出丞相身份，紛紛朝其歡呼鼓譟，這令陳沖也不禁升起幾分笑意，對著周遭緩緩揮手，只是神色上卻是掩蓋不住的疲倦。
忽然間，他在人群之中看見自己的獨子陳章。陳沖正要頷首致意，不料陳章竟似有心事般，並未有所回應。這情形讓他心中一緊，頓時生出一種極不妙的預感，但周遭的人群攘動起來，很快將他擠出人潮，陳沖想再尋找時，卻已看不到了。
陳沖的面色變化只在一瞬之間，很快又平靜下來了，他知道此刻不能有絲毫表露，只是依舊向眾人微笑。跟在他身後最後進城的，就是此次入蜀所得的諸多俘虜與降臣。說是俘虜，實際上也沒有對他們有所虐待，更沒有加系繩索，只是跟著韓約步行在後，等著向劉備行臣子禮。
有些老人看到這幅場景，不禁想起初平二年皇甫嵩向董卓獻俘的場景，私底下議論說：“當年獻俘，皇甫車騎何等威風，孰料一年後便因宗廟大火不得善終，想必眼下是不會再有這種慘事了吧。”
再說獻俘已畢，陳沖領諸將來朝劉備。此番徵蜀大獲全勝，俘獲甚眾，劉備大喜過望，不令諸將與蜀人回家，而直接在宮中設宴招待大家。眾人通宵暢飲，君臣盡歡，直到第二天晌午過後才散去宴席。短短一年之間，朝廷鎮東平蜀，疆界大開國力更盛，可謂三分天下已有其二。劉備與陳沖苦心經營關西二十年，一直苦於雖連戰連勝，但局面卻無大的進展。如今國家雄踞西方，人物豐茂，忽視東境和長江下遊，怎能不令劉備心花怒放呢？撤去宴席後，他又命人持酒一壺，前去告慰徐庶、公孫瓚、劉宣等人的在天之靈。
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再說蜀中降臣，劉備對在戰前主動歸降的大多重用，如李恢、鞏志、李嚴、王平等人，皆授以校尉之職，劉章、張魯則授分授振軍將軍、衛德將軍，厚禮待之。至於其餘在戰後俘獲的蜀臣，劉備也都逐個量才之後，酌情錄用。如董和、吳懿兩人被徵兆入中朝為侍中，嚴顏、劉敏則外放至雲北長史府內，分別為受降校尉與沃野校尉。
在宴席中，劉備也曾將蜀人招至身前，與他們一起談話，詢問對江南形勢的看法。
潘濬坐在座首，自然答說：“劉範本欲挑起二孫相爭後，趁勢得利，鯨吞下游，但不料反因此丟掉根基之地。如今孫權已然得勢，而劉範只剩下區區三郡之地，敗亡已是指日可待了。”
劉備問道：“那依你之見，朝廷當如何作為？”
潘濬自信道：“朝廷水師不多，而孫權樓船如雲，所以朝廷當急用兵，迅速拿下襄陽、江陵，並在南岸駐軍，如此可得全境。”
劉備大笑，回頭對左右說：“承明胃口不小啊！如今已得巴蜀，水師這件事，遲早都會有的。”
他又問潘濬：“你從荊州跟隨劉範，又在漢中轉投丞相，都見過陣仗。兩人相比，孰強孰弱？”
潘濬想想說：“劉範謀算為上，丞相臨陣無敵。可見詭譎小道，終不比堂皇正道。”
舉座都大笑，以潘濬為蜀臣之首。然而就在宴席散後，他和陳沖提起準備重用潘濬，令他擔任冀州刺史時，卻為陳沖反對。
陳沖說道：“此人性偽而智強，是天生的酷吏佞臣，假意直言，實為迎合上意。若為重用，將來必會引起災禍，不如令他擔任清貴之職，謀事參考便罷了。”
陳沖既如此說，劉備心中雖不以為然，但還是言聽計從，將潘濬任命為少府，領侍中，令其掌管宮中財物及雜務。諸事已畢，陳沖正欲請辭回府一探情形，不意劉備婉言將他留下，說要請他再參與一次家宴。