而后，孙权率军守在合肥地区十余日，认识到不可能夺取合肥城了，于是退兵。张辽率领诸军乘势追击，几乎再次捉住孙权。同时，张辽又统筹了战局，准确预估了孙权的逃生路线，并分兵绕过东吴军队进行毁桥。而孙权与甘宁蹴马趋津，又有谷利鞭马助势，才得以跃过断桥，死里逃生。张辽因为不知道孙权的相貌而错失了活捉孙权的机会。曹军士兵听说此事都表示叹息悔恨。曹操得知此战，对张辽的表现大加赞许，并拜张辽为征东将军。当时，曹魏军队的主力远在汉中，而曹魏江淮一带的兵力则非常空虚，无法派遣援兵。正是所谓的：“公远征在外，比救至，彼破我必矣”。因此，曹操非常看重张辽在此战中立下重大功劳，史载“太祖大壮辽”，“大壮”两字在《三国志》里仅用过两次，分别是在《张辽传》、《徐盛传》，可见分量之重。
此役之后，若江东小儿啼哭不止，其父母只要吓唬说：“张辽来了，张辽来了！”孩童就不敢再哭泣了。
建安二十一年（216年），曹操再征孙权。到合肥后，曹操循行视察昔日张辽作战的地方，赞叹良久。于是，给张辽增兵，多留诸军，迁徙去居巢屯驻。
建安二十一年（216年）冬季，曹军抵达居巢，开始进攻濡须。建安二十二年（217年）正月，曹操大军在居巢集结完毕，并在二月全线猛攻濡须，迫使孙权退走。三月，孙权又派遣徐详向曹操请降。曹操回师，留夏侯惇、曹仁、张辽等屯居巢。
建安二十四年（219年），关羽围曹仁于樊城，适时孙权称藩于魏，为了让孙权安心攻打荆州，于是曹操召张辽及诸军悉数回救曹仁。张辽素来知晓曹操的用意，虽然他收到诏令较晚，但向樊城的进军速度却很快。而张辽尚未到达，徐晃就已经打败关羽。张辽便与曹操会师摩陂，曹操乘车出来慰劳他，并派他屯于陈郡。
转官晋爵
建安二十五年（220年），曹操去世，曹丕即位魏王，张辽转任为前将军，又分封其兄张汛（或作“张泛”）及一子列侯。同时，赐给张辽的帛多达千匹，谷多达万斛。
不久，孙权再叛变。张辽还屯合肥，并进爵都乡侯。曹丕赐舆车予其母以示荣宠，并派遣兵马送其家人到他驻军的地方，又派遣向导们预先在各地张贴告示，宣告张辽的家人将要到临，指引着大家出迎。张辽“所督诸军”的将士官吏们都罗列在道路两侧，拜迎张辽的家人。看见此景的人们都认为这是十分荣耀的事。
同年，曹丕称帝，再封张辽为晋阳侯，增邑千户，并前二千六百户。
黄初二年（221年），张辽到洛阳皇宫朝拜，曹丕便引张辽会晤于建始殿，亲问其昔日破吴时的情状。张辽述说过后，曹丕向左右叹息道：“简直是古代的召虎啊。（召虎，即召穆公，是与方叔、尹吉甫、南仲等齐名的西周大将。他曾平定淮夷，所以被曹丕借作比喻。）”于是，曹丕下令为张辽建造屋舍，替其母兴建殿室，当年跟从张辽突破吴军阵线、直冲孙权帅旗而临时应募的一众步卒，都被封虎贲。
病逝江都
黄初三年（222年），孙权再次向曹魏称臣。张辽奉命还屯雍丘，却在此得病。曹丕遣侍中刘晔带着太医审视其疾。众多的虎贲勇士们询问张辽的病情，人来人往，以至于在道路上互相遇见。梁章巨《三国志旁证》中提到“汉三公病，遣中黄门问病。魏、晋则黄门郎，尤重者或侍中。（张）辽位未至公，而遣侍中，盖宠之也。”可见曹丕如何重视张辽。
张辽之疾久未痊愈，曹丕命人把他接到自己的行营，自己则车驾亲临，握着他的手，赐给他御衣，太官每天来送御膳。病情稍有好转后，张辽便返回其军中，然后率军与朱灵一同还屯合肥，忠于职守。
正当其时，孙权再次背叛曹魏，曹丕派张辽乘舟，与曹休到海陵临江驻防。此时，虽然张辽受到曹休（曹丕的族兄）的督领，但孙权得知张辽至此，甚为忌惮，敕令诸将道：“张辽虽然抱病，但仍是难以抵挡的，千万要谨慎！”同年，张辽与王凌等人进军至广陵。一天夜里，吕范等人的东吴水军漂至北岸。张辽与王凌等人出战，大破吴将吕范等人，并缴获了大量舟船。但张辽的病情却也日渐严重，最后终于在江都逝世，一代名将就此陨落。曹丕为之流涕，谥曰刚侯。其子张虎嗣任其爵。
黄初六年（225年），曹丕追念张辽、李典在合肥之功，诏曰：“合肥一役中，张辽、李典仅以步卒八百人，破贼十万之众，自古用兵，未见如此。他们使贼众至今仍气为之所夺，真可谓国之爪牙。现分封张辽、李典的家族各增邑百户，对他们两人各自的一个儿子赐爵为关内侯。”
正始四年（243年），张辽得享从祀于曹操庙庭。
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