Hoàng Trung trong Tam Quốc diễn nghĩa được hư cấu khá nhiều, dù về tính cách chân dung thì gần với sử sách nhưng có nhiều tình tiết được sáng tác. Ông xuất hiện từ hồi 53 đến hồi 81.

Quy hàng Lưu Bị

Trận chiến giữa Hoàng Trung và Quan Vũ tại Trường Sa được mô tả rất hấp dẫn. Tài nghệ của hai người ngang nhau, đánh không phân thắng bại. Hoàng Trung bị thái thú Hàn Huyền nghi ngờ thông đồng với Quan Vũ nên sai mang chém. Nhưng ông được Ngụy Diên đánh vào pháp trường cứu sống. Tuy vậy ông vẫn không đồng tình với việc Ngụy Diên đi giết Hàn Huyền, cuối cùng ông không ngăn cản được.

Lưu Bị, Quan Vũ phải thuyết phục nhiều lần, Hoàng Trung mới thuận đi theo.

Trận chiến tại Thiên Đăng Sơn

Hồi thứ 70, tướng Ngụy là Trương Cáp sau khi thất bại trước Trương Phi ở Ngõa Khẩu Ải được Tào Hống cấp 5.000 quân đến đánh cửa Hà Manh. Tin báo về Thành Đô. Gia Cát Lượng dùng kế khích tướng Hoàng Trung. Hoàng Trung xin cùng lão tướng khác là Nghiêm Nhan ra trận. Lưu Bị đồng ý. Các tướng khác đều không tin hai lão tướng có thể lập công.

Hoàng Trung muốn chiếm núi Thiên Đăng là nơi cất giữ lương thảo của quân Tào nên nghĩ ra một kế. Hoàng Trung giả vờ thua quân Tào mấy trận liền, rút về cửa ải. Huyền Đức lo lắng, hỏi Khổng Minh. Khổng Minh bảo là mẹo của Hoàng Trung để quân địch sinh kiêu. Các tướng không tin. Lưu Bị sai Lưu Phong ra tiếp ứng.

Đến canh 2, Hoàng Trung dẫn 5.000 quân từ cửa ải kéo xuống. Quân Tào không phòng bị nên thua lớn, chết không biết bao nhiêu mà kể. Hoàng Trung đuổi đến sáng, cướp lại được nhiều trại sau đó lại thúc quân đuổi theo. Quân Tào rút về núi Thiên Đăng. Sau đó quân Tào trở lại phản công nhưng thất bại. Hàn Hạo, Hạ Hầu Đức bị giết. Quân Tào bỏ núi Thiên Đăng chạy về núi Định Quân. Huyền Đức nhân dịp đó khởi binh đến đánh Hán Trung, thưởng cho Hoàng Trung, Nghiêm Nhan rồi sai Hoàng Trung và Pháp Chính đem quân đánh núi Định Quân.

Trận chiến núi Định Quân

Tam Quốc diễn nghĩa mô tả vai trò của Hoàng trung rất lớn. Ông đi cùng Pháp Chính, không có sự tham gia của Lưu Bị.

Cái chết

Năm 220, Lưu Bị dẫn 70 vạn đại quân đánh Đông Ngô để báo thù cho Quan Vũ, Trương Phi. Hoàng Trung dẫn quân đến Di Lăng nghênh chiến quân Ngô. Hoàng Trung gặp Phan Chương, chém chết bộ tướng của Phan Chương là Sư Tịch, Phan Chương chống cự không nổi bỏ chạy. Quan Hưng, Trương Bào đến khen ngợi Hoàng Trung và khuyên ông quay về nhưng Hoàng Trung không nghe. Ðánh được vài hiệp, Phan Chương bỏ chạy, Hoàng Trung rượt theo, được chừng vài dặm, hai đạo binh mai phục ào tới, một phía là Chu Thái, một phía là Hàn Đương xông ra một lượt. Phía trước Phan Chương phủ vây Hoàng Trung vào giữa. Hoàng trung cố sức chống cự lại tiếp tục bị trúng tên, may nhờ có Quan Hưng, Trương Bào đến cứu. Lưu Bị nghe tin Hoàng Trung trọng thương thì đến thăm. Đến nửa đêm, Hoàng Trung tắt thở. Lưu Bị đau buồn, sai đưa về Thành Đô chôn cất tử tế.