緊接著，孫權以周瑜為左督（正指揮），程普為右督（副指揮），魯肅為讚軍校尉（類似參謀長），領精兵三萬，隨同諸葛亮溯江西上，去和劉備的軍隊會合。這時，在樊口的劉備，目睹曹軍日益逼近的形勢，非常著急，每天派人探聽孫權軍隊的消息。當他得知周瑜率軍同諸葛亮一起前來時，非常高興，趕忙派人慰勞，並親自乘船迎接周瑜。雙方相見後互致友好合作之意。劉備對周瑜說：“抗拒曹操入侵，這是睿智的決定，不知戰卒有多少？”周瑜說：“有三萬人。”劉備有些失望地說：“可惜少了。”周瑜說：“這足夠用了，豫州但觀周瑜破敵。”於是，雙方合兵五萬迎敵。
到此，諸葛亮出使柴桑，說服孫權共同抗擊曹操的使命，算是圓滿完成了。
孫劉聯盟的實現，是由當時的政治軍事鬥爭形勢所決定的。在敵強我弱的情況下，孫劉結盟是雙方的共同願望。諸葛亮善於掌握時機，親自去會見孫權，促進了孫劉聯盟的實現，其作用是應該肯定的。就孫權方麵來說，魯肅的努力也起了相當的作用。《三國誌》的注者裴鬆之曾指出：“劉備與孫權並力，共拒中國（指曹操），皆肅之本謀。”因此，片麵誇大諸葛亮個人在孫劉結盟中的作用，把魯肅置於無足輕重的地位是不合適的。
那麼，他們的計謀曹操看出來了嗎？
早在劉備逃奔孫權時，曹操手下有些人估計孫權必定殺掉劉備。曹操的重要謀士程昱則認為：“孫權新近即位，還未被海內人士所懼憚。曹公無敵於天下，剛剛占據荊州，威震江南。孫權雖然有謀略，但不能獨擋曹公。劉備素有英名，關羽、張飛都是萬人敵，孫權必定資助劉備來抵禦我軍。”程昱果然言中了。
孫權、劉備軍隊五萬多人會師後，統歸周瑜指揮，接著沿江西上迎擊敵人。這時（十一月間），曹操的軍隊正順流而下。雙方軍隊在長江南岸的赤壁（今湖北赤壁市西北）相遇。曹操的先頭部隊被孫劉聯軍打敗，便撤退到北岸的烏林（今湖北洪湖東），與主力會合。雙方隔江對峙，準備再戰。
情況的發展正像諸葛亮、周瑜所分析和估計的那樣，曹操的軍隊已經很疲勞，加上水土不服，陸續發生了疫病；同時，曹軍多數人不習水性，受不了江上風浪長時間的顛簸，精神不振，從而影響了戰鬥力。於是，曹操下令將一些戰船接連起來，以減輕船身的搖晃，使士兵在船上就像在陸地上一樣。
曹軍鎖連戰船的弱點，被周瑜的部將黃蓋發現了。他向周瑜建議說：“敵人軍隊多，我們軍隊少，如果長期相持，對我們很不利。如今曹軍把戰船連結起來，首尾相接，我們可用火攻的辦法將其打敗。”周瑜認為這是個好辦法。
為了能夠接近曹營，周瑜同黃蓋等人又商量決定采用詐降的計策。黃蓋先給曹操寫了一封降書，派人送到江北曹營。降書中說：“黃蓋受孫氏厚恩，長期擔任將帥，主人待我不保但是天下事情，要看大勢所趨。用江東六郡山越之人，以抵擋中國（指曹操）百萬大軍，眾寡不敵的形勢，是海內人士都看得明白的。東吳的將士官吏，不論見識高低，都知道抵擋大軍是不可以的。隻有周瑜、魯肅褊狹淺薄，不明大勢。現在黃蓋歸順曹公，是從實際考慮的，周瑜統領的軍隊，很容易被摧垮，到兩軍交鋒的時候，我願意為前部，一定根據事態的變化效命立功。”
曹操得到降書後，覺得信中所說合乎情理，客觀形勢和江東群臣的態度確實是這樣的。為了慎重起見，他又特地召見送信之人了解虛實，經過嚴密盤問之後，便信以為真，並同送信人約定受降黃蓋的事宜。
同月的一天夜裏，正刮著東南風，黃蓋率領數十艘大船，裝滿浸著油液的幹柴枯草，外麵用布幕裹好，插上約定的旗號，又在每艘大船的後邊拴上機動靈活、便於攻戰的小艇——走舸，向北岸曹軍水寨開去。曹軍以為是黃蓋前來投降，毫無防備，紛紛“延頸觀望，指言蓋降”，等黃蓋的船隻靠近水寨時，突然同時縱火，衝向曹軍水寨。這時東南風刮得正緊，火借風勢，風助火威，頃刻間曹軍的戰船都燃燒起來，水寨頓時淹沒在一片火海之中。接著，烈火又延伸到岸上的曹軍營寨。這一突然襲擊，使本來因各種原因缺乏戰鬥力的曹軍為之大亂。接著，周瑜、劉備率領水軍，衝殺過來。在孫劉聯軍的猛攻麵前，曹軍大敗，“人馬燒溺死者甚眾”。
在彌漫的煙火中，曹操帶領殘兵敗將，匆忙從陸路經華容（今湖北監利縣西北）向江陵方向逃去。剛逃走時，曹操派兵把沒燒著的戰船和其他帶不走的軍用物資燒掉，以免落入孫劉聯軍手裏。逃跑途中，道路泥濘，戰馬陷入泥潭中，曹操派兵尋找雜草填在路上，才勉強得過。一路上敗逃士兵爭先恐後，互相踐踏，老弱者“陷泥中，死者甚眾”。孫劉聯軍水陸並進，乘勝猛追，一直追到南郡。
當曹操離開華容道時，不禁哈哈大笑。手下人問他笑什麼，他回答說：“劉備是一個可與我匹敵的人，但拿主意很慢。如果他早設計謀，派人到華容道這裏埋伏，放火阻擊，我們就完了。”其實在雙方兵力懸殊的情況下，孫劉聯軍需要集中兵力打擊主戰場的曹軍，劉備不可能冒險抽出兵力早早離開主戰場，事先去到遙遠的華容道設伏阻擊。又何況劉備對戰爭的具體進程不可能預知呢！他隻能在打敗曹操後進行追擊，相機行事，這樣趕上曹操就很難了。
赤壁之戰，曹操的損失太大了，“時操軍兼以饑疫，死者太半（超過半數）”，有十多萬。他想到這次慘敗，不禁懷念起屢薦奇策的郭嘉（字奉孝）來。他感歎地說：“如果郭奉孝還在，是不會使我落到這樣一個地步的！”然後悲痛地喊道：“悲哀啊奉孝！痛心啊奉孝！可惜啊奉孝！”
曹操逃至江陵後，得知東線孫權有向合肥（今安徽合肥東北）進攻的跡象，又擔心自己後方出事，便留下征南將軍曹仁、橫野將軍徐晃守江陵，折衝將軍樂進守襄陽，自己回歸北方。
赤壁之戰（也可以稱之為烏林之役）是我國曆史上以少勝多（約五萬比二十萬）、以弱勝強的著名戰役。為什麼優勢一方的曹操最後失敗了呢？主要原因可以概括為以下幾點：
第一，《孫子兵法》說：“上兵伐謀，其次伐交”，就是說領導戰爭的上策，是破壞敵方的計謀，其次是破壞敵方的外交；或是說領導戰爭的上策，是在計謀上戰勝敵人，其次是在外交上戰勝敵人。曹操忽視了孫劉聯盟的可能性以及這一聯盟對自己的危害性，在占據襄陽、江陵後，沒能對劉備窮追猛打，給劉備以喘息時間，特別是給孫劉兩家留下了建立聯盟的時間（約兩個月），從而使孫劉得以“並力”拒曹。這就是說曹操沒能破壞敵方的外交，犯了兵法的大忌。
第二，曹操沒能以己方之長攻敵方之短。 本來北軍是長於陸上作戰的，曹操雖然短期內建立了水軍，也進行了一定訓練，但數量少，又無作戰經驗；收編的荊州水軍又離心離德，戰鬥力不強。南軍長於水上作戰，有作戰經驗，且大敵當前能夠團結一心，戰鬥力很強，曹操“舍鞍馬”，以水軍在江中與孫劉聯軍較量，陷於被動挨打的境地。他陸軍雖多，沒能發揮多大作用，反倒使自己處於劣勢了。
第三，在具體指揮作戰上，曹操連鎖戰船，降低了作戰的靈活性，給敵方以可乘之機，周瑜抓住戰機，采用詐降、火攻，出其不意，攻其不備，變被動為主動。
第四，赤壁戰前曹軍中已開始有疾疫，並且在蔓延，曹操沒有看到其嚴重性。如果他能及時采取措施，以陸戰為主或停止進攻，主動撤退，也不致造成後來的慘敗。
上述四點曹操失敗的重要原因，都與他驕傲輕敵有關。至於東南風幫助使黃蓋火攻得手，那就和曹操的主觀原因無關了。
唐朝詩人杜牧在《赤壁》一詩中，對赤壁之戰很有感慨：
折戟沉沙鐵未銷；
自將磨洗認前朝。
東風不與周郎便；
銅雀春深鎖二喬。
銅雀，指的是銅雀台，是曹操在鄴城建造的娛樂場所，建成於公元210年，晚於赤壁之戰兩年。二喬，指的是孫策夫人大喬，周瑜夫人小喬。（“二喬”本姓“橋”，至於芳名，史書失載，故後人隻好以“大喬”、“小喬”來區別。）杜牧這句詩是設想，假若東風不給周瑜方便，曹操有可能獲勝，“二喬”就要被鎖在銅雀台中，供曹操玩樂了。詩人在這裏不是意在貶低周瑜，而是在感歎事業的成敗要具備一定的條件，如果條件不具備，即使是英雄人物也一樣無能為力。
如果我們把赤壁之戰中的幾個主要人物當時的年齡排列一下，是很有意思的：
孫權二十七歲；
諸葛亮二十八歲；
周瑜三十四歲；
魯肅三十七歲；
劉備四十八歲；
曹操五十四歲；
由此可見，赤壁之戰不但是劣勢的一方打敗了優勢的一方，而且是年輕的將領打敗了老將。這主要是三十四歲的周瑜打敗了五十四歲的曹操。（當然也有諸葛亮的一份功勞）。
赤壁之戰的勝利，是諸葛亮聯孫抗曹方針的勝利（從孫權方麵來說是魯肅聯劉抗曹方針的勝利），是他“外結好孫權”政策的一次重要實踐。這次勝利，不僅保全了劉備集團的實力，而且為劉備立足荊州打下了基矗
明清之際著名學者王夫之（王船山）在《讀通鑒論》中，總結漢末軍閥混戰過程中曹操勝敗的經驗教訓時說：“在漢末群雄的鬥爭中，曹操挾天子，擊敗四麵的敵人，道理在於群雄的自相誅滅，不能團結。呂布反複，忽彼忽此，大家都嫉恨他；袁術和袁紹兄弟分離；袁紹又和公孫瓚對立；袁譚、袁尚兄弟互相仇殺；韓遂和馬超互相猜疑；劉表雖然通好袁紹，卻坐視袁紹之敗而不救。這都是因群雄自相誅滅，給曹操以取勝的機會，結果隻剩下孫權、劉備兩家了。如果他們再自尋幹戈，不是內部崩潰就是為曹操所滅。魯肅和諸葛亮結交定計，合力抗曹，同曹操爭存亡，在當時的情況下是最好的辦法。”王夫之的這一總結很有道理。他對諸葛亮和魯肅的聯合結交方針，給予了充分肯定。
在聯孫抗曹過程中，劉琦的作用不容忽視。孫劉結盟固然是雙方救亡圖存的需要，但諸葛亮說服孫權下決心聯合抗曹時，要有一定的實力作後盾，而劉琦的江夏戰士竟占劉備一方兵力的一半。在孫劉聯軍五萬多人中，劉琦兵力也占五分之一。在這場生死存亡的決戰過程中，劉琦發揮了重要作用，這不能不說是諸葛亮結好劉琦所取得的成果。
這裏有必要講述一下《三國演義》對赤壁之戰的描述。《三國演義》中赤壁之戰的內容，從“劉玄德攜民渡江，趙子龍單騎救主”到“諸葛亮智算華容，關雲長義釋曹操”，共十回，約五六萬字，內容豐富多彩，故事曲折複雜，情節引人入勝，人物性格鮮明生動，描寫戰爭雙方鬥智鬥勇，十分精彩，真是偉大的文學作品。這是它幾百年來膾炙人口、大受各階層人士喜愛的原因。小說具有的深遠影響，怎麼估價也不為過的。這裏我們要選出赤壁之戰中主要與諸葛亮有關的故事，加以分析，說明哪些是違背曆史不真實的，哪些是有一定根據，或有可信成分的。目的在於盡可能揭示曆史人物的本來麵目，而不是否定或批判《三國演義》這部偉大的經典小說。在閱讀中，也總會想到，人們都說它七分史實，三分虛構，到底有哪些是虛構的呢？本書不可能逐一加以考證分析，隻是擇其主要者予以討論而已。而其中多數已為廣大人民所深刻記憶和首肯。分析了，區別了，小說照樣閱讀，戲曲照樣欣賞。曆史與演義是不完全相同的。如果我們知道了哪些是基本曆史事實，哪些是虛構的故事，哪些是可信的推測，則我們學了曆史，受到了啟迪，而對虛構故事，則作為文學描寫而欣賞之，這就達到本書的一個目的了。
《三國演義》提出的孫、劉聯軍內部，周瑜與諸葛亮之間有不小的矛盾。主要是周瑜妒忌諸葛亮的智慧和本事，還怕他以後對東吳不利，因此竟想法欲置諸葛亮於死地。諸葛亮身在危境，而心不驚慌，料事在先，處處轉危為安。在史書上沒有明確記載周與諸葛的矛盾。《三國誌·吳書·周瑜傳》記載“（周瑜）性度恢廓，大率為得人”，說他性格寬宏大度，與人關係和睦。怎麼會與諸葛亮勢不兩立呢？《三國演義》成書於明清，在其前，還有平話《兩軍師隔江鬥法》，也指出他們之間存在矛盾，似乎也不是空穴來風。我們分析雙方在共同對敵之時，麵臨生死存亡之際，孫、劉兩家聯合是主客觀的需要。一個陣營內部還不無矛盾，何況是聯合呢？這可以從戰後的一件事得到佐證。戰後，劉備曾為地盤的事，詣京口見孫權。周瑜勸孫權把劉備軟禁起來，以便吞並劉備這一股力量，孫權認為應與劉聯合共對曹操，因此沒有接受周瑜之言。日後，龐統投靠劉備，當著劉備的麵證明，周瑜確有欲扣留劉備之念頭。劉備說：“天下智謀之士的見解都大致相同，當初孔明曾力諫我勿往，也怕的是這一手，這真是一著險棋，差一點沒有逃脫周瑜的毒手。”