三国形成时期，孙权、刘备联军于汉献帝建安十三年(208)在长江赤壁(今湖北蒲圻西北，一说今嘉鱼东北)一带大败曹操军队，奠定三国鼎立基础的著名战役。
曹操基本统一北方后，作玄武池训练水兵，并对可能动乱的关中地区采取措施，随即于建安十三年七月出兵十多万南征荆州(约今湖北、湖南)，欲一统南北。时孙权已自江东统军攻克夏口(今武汉境)，打开了西入荆州的门户，正相机吞并荆、益州(治成都)，再向北发展；而依附荆州牧刘表的刘备，“三顾茅庐”得诸葛亮为谋士，以其隆中对策，制定先占荆、益，联合孙权，进图中原的策略，并在樊城大练水陆军。曹操军劳师、水土不服、短于水战、战马无粮等弱点，坚定了孙权抗曹决心。孙权不顾主降派张昭等反对，命周瑜为大都督，程普为副都督，鲁肃为赞军校尉，率3万精锐水兵，与刘备合军共约5万，溯江水而上，进驻夏口。
曹操乘胜取江陵后，又以刘表大将文聘为江夏太守，仍统本部兵，镇守汉川(今江汉平原)。益州牧刘璋也遣兵给曹操补军，开始向朝廷交纳贡赋。曹操更加骄傲轻敌，不听谋臣贾诩暂缓东下的劝告，送信恐吓孙权，声称要决战吴地。冬，亲统军顺长江水陆并进。
孙刘联军在夏口部署后，溯江迎击曹军，遇于赤壁。曹军步骑面对大江，失去威势，新改编及荆州新附水兵，战斗力差，又逢疾疫流行，以致初战失利，慌忙退向北岸，屯兵乌林(今湖北洪湖境)，与联军隔江对峙。
曹操下令将战船相连，减弱了风浪颠簸，利于北方籍兵士上船，欲加紧演练，待机攻战。周瑜鉴于敌众己寡，久持不利，决意寻机速战。部将黄盖针对曹军“连环船”的弱点，建议火攻，得到赞许。黄盖立即遣人送伪降书给曹操，随后带船数十艘出发，前面10艘满载浸油的干柴草，以布遮掩，插上与曹操约定的旗号，并系轻快小艇于船后，顺东南风驶向乌林。接近对岸时，戒备松懈的曹军皆争相观看黄盖来降。此时，黄盖下令点燃柴草，各自换乘小艇退走。火船乘风闯入曹军船阵，顿时一片火海，迅速延及岸边营屯。联军乘势攻击，曹军伤亡惨重。曹操深知已不能挽回败局，下令烧余船，引军退走。
赤壁之战遗址联军水陆并进，追击曹军。曹操引军离开江岸，取捷径往江陵，经华容道(今潜江南)遇泥泞，垫草过骑，得以脱逃。曹操留曹仁守江陵，满宠屯当阳，自还北方。
周瑜等与曹仁隔江对峙，并遣甘宁攻夷陵(今宜昌境)。曹仁分兵围甘宁。周瑜率军往救，大破曹军，后还军渡江屯北岸，继续与曹仁对峙。刘备自江陵回师夏口后，溯汉水欲迂回曹仁后方。曹仁自知再难相持，次年被迫撤退。
赤壁之战，曹操自负轻敌，指挥失误，加之水军不强，终致战败。孙权、刘备在强敌面前，冷静分析形势，结盟抗战，扬水战之长，巧用火攻，创造了中国军事史上以弱胜强的著名战例。