公元208年末，周瑜在樊口與劉備會面以後，即共同赴敵。中國歷史上第一次規模巨大的水上戰鬥，在現今湖北赤壁市西北的赤壁山下展開，這就是著名的赤壁之戰。
整個戰役分為三個階段。
第一階段：赤壁下的小戰。
這是赤壁之戰的序幕。目的是爭奪長江南岸赤壁山下的灘頭陣地。由於當時曹操的士兵已經染上疫疾，首次交戰失利，曹軍退回長江北岸。這次戰鬥規模雖然不大，但是至關重要。它鼓舞了孫劉聯軍的戰鬥士氣，打破了曹操在江南建立作戰基地的企圖，造成了孫劉聯軍同曹軍隔江相持的有利態勢。
第二階段：大規模的水上戰鬥。
這是赤壁之戰的主要部分。在赤壁之戰中，周瑜採取的戰略方針是速戰速決。
周瑜為什麼在敵眾我寡的情況下，採取的卻是速戰速決的方針呢?一方面是曹操為抓緊劉表死去的時機奪取荊州，晝夜行軍、作戰，輕騎一日一夜三百里，戰線已經拉長，軍隊已經疲勞。特別別是北方戰士不習南方水土，軍中疫病流行。在這種情況下，敵軍人數雖多，但是戰鬥力已經大為削弱，正是決戰的好時機。
另一方面荊州新近依附曹操的水、步軍七八萬人，軍心不穩，戰鬥力不強。但是時間一長，曹操會在這部分人眾中加強組織工作，那時這部分人眾將由曹操的消極力量變為積極力量。特別是荊州原來的水軍，一且為曹操完全控制，將變成孫劉聯軍的大敵。所以，必須在曹操還沒有能完全控制荊州新近依附的力量的時機，同曹操進行決戰。
怎樣同曹操進行決戰呢?當時，曹操的水軍有數以千計的大小艦船，為了防止風浪顛簸，這些船分別用鐵環連在一起，首尾相接，像一座水上長城。以一般的水戰方法向這樣龐大的水上堡全群發動攻擊是難難以取勝的劣勢戰勝優勢、弱軍戰勝強軍的重要方法是充分發揮自已的戰爭靈活性，以自己的強點向敵人的弱點進行出其不意的攻擊，一戰戰而勝，再及其餘。
周瑜正是這樣做的。他的戰鬥方案是利用水面、氣候以及敵人艦船連結在一起，既集中又行動不便的特點，向敵人發動突如其來的火攻，先燒燬曹操的船隻，造成敵人的慌亂被動，然後乘機掩殺。
他選擇東南季風到達長江水面的有利時間，叫東吳老將黃蓋去向曹操詐降，然後再用許多船隻裝滿薪草膏油等引火物，披上偽裝，向曹操的水軍大營進發。船到大江中心張起帆來，大聲呼喊：「黃蓋來降!」曹軍官兵以為黃蓋真來投降了，紛紛出來觀看。在船行到離曹軍水軍只有兩里地的時候，各船一起點火，隨船的東吳士兵從船上退走，讓著了火的船隻乘著東南風直向曹軍的船隊猛衝過去。這時，火越燒越烈，風越刮越大。著了火的船隻像離了弓弦的箭一樣徑直插入曹軍水營的船隊中間，馬上燒著了曹軍水營的大船，引起熊熊大火。曹軍的船隊因為首尾相接，一時分解不開，無法自救一會兒連岸上的營盤也著了火，火焰沖天，曹營頓時大亂，人馬被燒死的、溺水而死高的多極了。
周瑜和劉備各自指揮自己的人馬從火路中撥出通道，勇猛向敵人衝殺過去，吶喊聲、擂鼓聲，震耳欲聾，曹軍全線崩潰。孫劉聯軍乘機追擊，水陸並進。曹操帶領敗軍倉皇逃竄，走到容(今湖北潛江西南)，道路泥濘不通，天又起大風，狼狽之極。他為了逃命，叫瘦弱的士兵背草填路，前面剛填好了路，後面的騎兵就上來了，背草士兵被人馬踐踏，死於泥中的很多。
這次戰鬥，曹操的人馬被燒死的、淹死的、戰死的、踩死的，加上因疾病饑俄而死的，共佔全軍的半數以上。這是他一生戰史上最悲慘的一頁。
第三階段：爭奪荊州廣大地區的戰鬥。
火燒赤壁以後，曹操引大軍北歸，讓曹仁、徐晃等大將守江陵、襄襄陽。孫刺聯軍繼續乘勝進攻，先後奪取了曹操佔領的荊州各地。曹操的勢力被驅趕出荊州大部地區，只在襄陽以北保留了一塊基地。
赤壁之戰，曹操為什麼會敗得如此慘。其實拿官渡之戰時勇敢、謹慎而多思的曹操，同赤壁之戰時驕做、疏漏而大意的曹操作個對比，許多問題就可以看得更清楚了。
官渡之戰時，每次作戰時，敵人來了多少人，距離多遠，他都要計算。糧盡兵乏，是進是退，他都要反覆考慮。許攸獻計，他同他的智囊團連夜緊急會商。最後，方針確定，他又連夜親自率領部隊緊急出發，當真做到了知已知彼，游刃有餘。
赤壁之戰呢?他飛揚跋扈，忘乎所以，大大咧咧，什麼都不在乎。指揮這樣大的戰爭，他都不制定正確的戰略計劃，也不作認真的戰鬥部署。最可笑的是自己的大軍同敵人隔江相峙，每時每刻都有進入戰鬥的可能，但是他竟然連個最起碼的抗擊登陸的準備都沒有。結果敵人一個突然襲擊，水上吃了敗仗，陸上也立即陷入混亂。那麼多部隊非但連個後衛戰都打不了，逃命時還互相踐踏、互相殘殺。
更令人不可理解的是那麼喜歡用火攻的方法去攻擊敵人的曹操，在赤壁之戰中卻不知道防範敵人的火攻。他竟然不知道「火」是不講究門閥、黨派、集團性的，它可以做你的朋友，也可以做敵人的朋友。過去那樣明智的個統帥，現在竟變得這樣愚鈍，只能歸納為四個字：利令智昏。