三國鼎立局面形成的關鍵戰役是赤壁之戰。

曹操基本統一北方后，作玄武池訓練水兵，并對可能動亂的關中地區采取措施，隨即于建安十三年七月出兵十多萬南征荊州(約今湖北、湖南)，欲一統南北。時孫權已自江東統軍攻克夏口(今武漢境)，打開了西入荊州的門戶，正相機吞并荊、益州(治成都)，再向北發展;而依附荊州牧劉表的劉備，“三顧茅廬”得諸葛亮為謀士，以其隆中對策，制定先占荊、益，聯合孫權，進圖中原的策略，并在樊城大練水陸軍。

曹操采用侍中、尚書令荀？之計，領大軍直出葉縣、宛城(今河南南陽)，另遣輕騎襲襄陽(今屬湖北)。八月，劉表病亡，曹軍放慢進軍速度，施加軍威，欲不戰而得荊州。時孫權派魯肅以吊喪為名，往觀形勢，拉攏劉備，團結劉表舊將，對付曹操。魯肅在途中得知曹操進軍荊州的消息，乃晝夜兼程趕向襄陽。劉表次子劉琮繼任荊州牧，遣使投降曹操，迎接曹軍。正加緊準備迎敵的劉備得知劉琮投降時，曹軍已過宛城。

九月，曹操至新野(今屬河南)接受劉琮投降后，逼向荊州腹地。劉備為避曹軍銳氣，與諸葛亮、徐庶等率十余萬軍民倉促南撤，退向戰略要地江陵(今屬湖北荊沙)，并令關羽領萬余水兵順漢水、溯江水會師。劉備至當陽長坂(今當陽境)，與魯肅相見，接受其勸說，愿率軍轉東，向孫權靠近。時曹操已過襄陽，恐劉備先占江陵，親率精騎5000，晝夜行300多里，追上劉備，將其擊敗，并獲徐庶之母，迫徐庶來歸。張飛率20騎斷后，拆長坂橋，勒馬橫矛，令曹軍疑懼，劉備方得脫險，東奔漢津(今鐘祥境)，恰遇關羽船隊，劉表長子、江夏太守劉琦也領萬余人接應。劉備軍順漢水至夏口，先遣諸葛亮至柴桑(今江西九江西南)見孫權，共謀抗曹，自率軍屯樊口(今湖北鄂州境)。

孫權見劉備新敗，又懾于號稱80萬的曹軍聲威，對聯劉舉棋不定。諸葛亮與魯肅、周瑜等精辟分析形勢，指出曹軍不過20余萬，且有后方不安、遠道勞師、水土不服、短于水戰等弱點，堅定了孫權抗曹決心。孫權不顧主降派張昭等反對，命周瑜、程普為左右督，魯肅為贊軍校尉，率3萬精銳水兵，與劉備合軍共約5萬，溯江水而上，進駐夏口。

曹操乘勝取江陵后，又以劉表大將文聘為江夏太守，仍統本部兵，鎮守漢川(今江漢平原)。益州牧劉璋也遣兵給曹操補軍，開始向朝廷交納貢賦。曹操更加驕傲輕敵，不聽謀臣賈詡暫緩東下的勸告，送信恐嚇孫權，聲稱要決戰吳地。冬，親統軍順長江水陸并進。

孫劉聯軍在夏口部署后，溯江迎擊曹軍，遇于赤壁。曹軍步騎面對大江，失去威勢，新改編及荊州新附水兵，戰斗力差，又逢疾疫流行，以致初戰失利，慌忙退向北岸，屯兵烏林(今湖北洪湖境)，與聯軍隔江對峙。

曹操下令將戰船相連，減弱了風浪顛簸，利于北方籍兵士上船，欲加緊演練，待機攻戰。周瑜鑒于敵眾己寡，久持不利，決意尋機速戰。部將黃蓋針對曹軍“連環船”的弱點，建議火攻，得到贊許。黃蓋立即遣人送偽降書給曹操，隨后帶船數十艘出發，前面10艘滿載浸油的干柴草，以布遮掩，插上與曹操約定的旗號，并系輕快小艇于船后，順東南風駛向烏林。接近對岸時，戒備松懈的曹軍皆爭相觀看黃蓋來降。此時，黃蓋下令點燃柴草，各自換乘小艇退走。火船乘風闖入曹軍船陣，頓時一片火海，迅速延及岸邊營屯。聯軍乘勢攻擊，曹軍傷亡慘重。曹操深知已不能挽回敗局，下令燒余船，引軍退走。

聯軍水陸并進，追擊曹軍。曹操引軍離開江岸，取捷徑往江陵，經華容道(今潛江南)遇泥濘，墊草過騎，得以脫逃。曹操留曹仁守江陵，滿寵屯當陽，自還北方。

周瑜等與曹仁隔江對峙，并遣甘寧攻夷陵(今宜昌境)。曹仁分兵圍甘寧。周瑜率軍往救，大破曹軍，后還軍渡江屯北岸，繼續與曹仁對峙。劉備自江陵回師夏口后，溯漢水欲迂回曹仁后方。曹仁自知再難相持，次年被迫撤退。

赤壁大戰后，劉備乘勝取得武陵、長沙、桂陽、零陵等四郡，次年又任荊州牧，奠定了壯大發展、進據益州的基礎。曹操吸取失敗教訓，大興水軍，進控江淮，與孫權對峙。孫權為抗曹，繼續與劉備聯盟，任其在荊州發展。

赤壁之戰之后，曹魏損失過大，一時無力南顧，給南方孫劉的發展創造了絕佳的機會。劉備鞏固了自己對于荊州的占領，又利用這一段南北相對平靜的時期攻占了長沙、零陵等四郡，自己的實力大為增強，這為以后攻占西川奠定了基礎。北方對東吳的壓力一下減輕了下來，東吳的疆域也穩定下來，經過赤壁之戰，使曹、劉、孫的實力更加接進，所以說這使天下三分的局勢初步形成。