官渡之战曹操基本统一北方后，短暂休整后欲吞并江南、统一天下。于建安十三年(公元208年)春，在邺(今河北临漳西南)修建玄武池，训练水军，作向南方进军的准备。七月，亲统大军10余万南征荆州。企图先灭刘表，再顺长江东进，击败孙权，以统一天下。八月，荆州牧刘表病亡，次子刘琮投降曹操。荆州水军数以千计的蒙冲、斗舰，悉归曹操所有，曹军实力大增，依附刘表屯兵樊城(今属湖北省)的刘备，闻讯后率部南撤。九月，曹军进占新野(今属河南省)，并率精骑追击南逃的刘备，在当阳长坂坡追及击溃刘备军。刘备退至夏口(今武汉境)，曹操继续南下。占领江陵，并乘胜向江东进军。
曹军的作战部署大体是：以赵俨为章陵(郡治在今湖北枣阳东南)太守兼都监护军，监领虎威将军于禁、平狄将军、平虏将军朱灵、破虏将军李典、荡寇将军张、奋威将军冯楷等7军，统一指挥他们在汉水、淮水之间的行动。荆州(州治在今湖北襄樊市)方面，曹操在江陵（今湖北江陵)、襄阳、樊城等要地留兵驻守，自率主力沿汉水、长江东进。曹操企图先击歼刘备于樊口，然后顺江而下，兼并东吴。
面对当时严峻的局势，刘备决定联吴抗曹，于建安十三年(公元208年)十月，退至夏口后，派诸葛亮赴柴桑(今江西九江西南)会见孙权，共谋抗曹大计。当时东吴部分谋臣慑于曹军号称80万的声势，主张议和，孙权在和战之间犹豫不决。诸葛亮与鲁肃、周瑜等对当前的形势作了精辟的分析：指出刘备虽在长坂战败，但仍有一定实力，现在收拢的部队和关羽的水军精兵尚有万余人，刘琦的部队也不下万人，如果与东吴的军队联合作战，实力相当可观。曹军号称八十万，实际上只有十五六万人，加之后方不稳，远征疲惫，不服水土，不习水战，只要善于利用曹军的这些弱点，联合抗曹，定能取胜。这些理由彻底打动了孙权，孙权因而坚定了孙权抗曹的决心，即命周瑜、程普为左右督，鲁肃为赞军校尉，率领3万精锐水师，与刘备军会合约5万，进驻夏口。是年冬，曹操凭恃军威，骄纵轻敌，拒绝谋臣谏议，亲统大军水陆并进，直逼江南。孙刘联军自夏口溯江而上，与曹军相遇于赤壁。
曹军以步骑为主，面临大江，立刻失去优势，新编及新附荆州水军，战斗力较弱，又遭瘟疫流行，以致初战不利，退长江北乌林(今湖北洪湖境)，与孙刘联军夹江对峙。为减轻江上风急浪颠，曹操下令用铁链和木板连接战船，犹如城堡，使步骑兵可在上驰骋，以利攻战。周瑜鉴于敌众己寡，意欲谋攻，以求速战，遂采纳黄盖提出采用火攻的计谋。针对曹军连环战船，黄盖派人给曹操送伪降书，并与曹操事先约定投降时间。
十月的一天，黄盖率蒙冲、斗舰10艘，满载易燃的枯草干柴，灌以油脂，外用布幕围住，上插与曹操约定的旗号。另备速度快的走轲，系于蒙冲、斗舰之后，以便纵火后官兵换乘撤离。时值东南风急，黄盖领战船扬帆直驶曹军水寨。曹军官兵见黄盖来降，“皆延颈观望，指言盖降”，毫无戒备。联军战船接近曹营时，曹军戒备松懈，皆争相观看黄盖来降，黄盖遂令点燃柴草，同时发火，火烈风猛，船往如箭，烧尽北船，延及岸上各营。顷之，烟炎张天，人马烧溺死者甚众”。在南岸的孙刘联军主力船队乘机擂鼓前进，横渡长江，大败曹军。曹操见败局已无法挽救，当即自焚余船，引军退走。联军迅疾追击。曹操经华容道(今湖北潜江南)被关羽念及旧情而让其逃脱，自还北方，留满宠驻当阳，曹仁守江陵。周瑜等与曹仁隔江对峙，遣甘宁袭取夷陵(今湖北宜昌)，曹仁率部进围甘宁，周瑜率军救援，大破曹仁军。刘备回师夏口，欲溯汉江迂回曹仁后方。次年，曹仁被迫撤退。赤壁大战后，曹操鉴于失败教训，大治水军，进控江淮。孙权继续与刘备联盟，以抗拒曹操。刘备乘势取得武陵(郡治在今湖南常德)、长沙、桂阳(郡治在今湖南郴县)、零陵(均在今湖南境)等四郡，自任荆州牧，作为西取益州(治今成都市)的基地，逐渐形成三足鼎立之势。
赤壁之战是三国时期又一大以弱胜强的经典战役，此战前，曹操势力最盛，赤壁之战惨败后大伤元气，而刘备孙权趁机崛起，三足鼎立分封天下。近百年的割据局面，全面形成。
