果然，十一月的一天夜裏，長江江麵上突然刮起了東南風。黃蓋按照事先與曹操的約定，帶領10艘大船向江北岸的曹操營地駛去。這些船上堆滿了幹燥的柴草，柴草上淋滿了油，外麵則用布偽裝起來。每艘大船的船尾還係著一條小船，這是船上士兵放火後逃命用的。當船隊快要接近曹軍的水寨時，黃蓋命令士兵打出事先約定的信號。曹軍以為黃蓋真的來投降，絲毫沒有防備。就在黃蓋的船駛進曹軍水寨的一刹那，10艘大船突然燃起大火，借著風勢向曹軍戰船衝來。頃刻間，曹軍戰船被點燃了。由於曹營中船被鐵鏈和木板連接在了一起，一時間，戰船一艘接一艘地著火燃燒，火光衝天。強勁的風使大火蔓延到陸地上，曹軍在陸上的營地也難逃這場火光之災。曹營官兵被這場突如其來的大火燒得驚惶失措，整個軍營一片混亂，很多士兵被大火燒死；還有的士兵跳入水中逃生，卻不幸溺水身亡；也有一些士兵在這場火的奇襲中被慌亂的同伴們踩死。大火在黑暗的夜空中顯得特別明亮，曹軍營地對岸的沿江石壁也被火焰的影子照得通紅，原來灰色的石壁現在看起來變成了紅色。這個地方從此被命名為赤壁，而這場戰役也被稱為赤壁之戰。
正當曹軍陷人大混亂之際，孫劉聯軍趁勢猛衝過江來。曹軍根本無法組織起像樣的抵抗，紛紛丟下武器，像沒頭的蒼蠅一樣到處亂跑。眼看著自己幾十萬大軍就這樣敗下陣來，曹操痛心不已。但是任憑他機智過人，現在也已經無力回天了，眼下還是逃命要緊。曹操騎著馬，在少數親兵的護衛下向江陵方向逃去。一路上不斷地遭到孫劉聯軍的追殺，損失慘重。禍不單行，由於道路泥濘，曹軍的戰馬都陷入泥土中，曹操隻好派人到處尋找枯枝雜草，臨時鋪路，最後總算逃離了險境。身後的孫劉聯軍依然緊追不舍，一直追到江陵附近才鳴金收兵。曹操到達江陵後仍是驚魂未定，他留下曹仁、徐晃駐守江陵，派樂進駐守襄陽，自己率領殘兵敗將退回北方。
赤壁之戰以孫權、劉備聯軍的全麵勝利告終。這場戰役使曹操的勢力局限在北方，而孫權保住了江東的地盤，劉備則向西擴充勢力。三國鼎立的局麵就此形成。