孫權雖然下了抗曹決心，但一想到曹軍有80萬之多，東吳隻有幾萬精兵，相差過於懸珠，能否打勝，沒有信心，當晚急得在床上翻來覆去不能入睡。
周瑜早料到孫權的心事，深夜前來求見。他開門見山地說：“主公不要擔心曹操兵多，80萬大軍是吹噓嚇人的數字，曹操從北方帶來的軍隊大約隻有十五六萬人，勞師遠征，疲兵再戰，我軍以逸待勞，可以穩操勝算。荊州地區降曹軍隊不過七八萬人，人員複雜，士氣低沉，不堪一擊。我隻請求主公撥給幾萬精兵，保證打敗曹軍。”
孫權聽了周瑜對曹軍的具體分析，心中焦慮頓時消失，高興地說：“你和魯肅主戰，正合我心，有你們這樣英明的將領，何愁曹軍不敗。”孫權於是撥給3萬人馬，任命周瑜為都督，魯肅為讚軍校尉，與劉備的兩萬軍隊結成聯軍，協助作戰。
曹操的軍隊在長江北岸赤壁一帶紮營，與孫劉聯軍隔江相對峙。正如周瑜所料，曹軍果然不擅水戰。冬天寒風怒吼，江上波濤洶湧，船艦不斷顛簸，無數士兵暈船，嘔吐厲害，加上水土不服，病號日益增多。曹操與謀士們商量，設法用鐵鏈把戰船聯結在一起，鋪上木板，使船保持平穩，減輕了風浪顛簸，暈船人數大減。
有一天，周瑜和魯肅帶領一批武將和謀士來水寨高台上觀察曹營情況，見連環戰船一排一排緊密相連，恰似水上小宮殿一般，氣勢壯觀，心中暗自發笑。他想：曹操隻知防水，沒想到防火，我給你來個火燒連環戰船，定叫你全軍覆滅，大敗而歸。周瑜回營後，與謀士們商議破曹策略，決定實行火攻，但是江麵寬闊，要接近敵船縱火，談何容易。正在周瑜感到為難時，東吳老將黃蓋主動請戰，他也建議縱火燒船，並且要求承擔最艱險的縱火任務。
周瑜見黃蓋與他想到一起，非常高興，但馬上說：“火功雖好，無法接近敵船，也是枉然。”黃蓋也早想到這一點，他自告奮勇，願去曹營詐降，趁機縱火燒船。
為了騙取曹方信任，黃蓋甘願承受皮肉痛苦，偽裝與周瑜計謀不合，受到嚴厲懲罰，被打得全身皮開肉綻，然後投奔曹營詐降，執行所謂“苦肉計”。
曹操接到黃蓋降書後，開始也不相信，但經安插在吳軍中的內線證明，黃蓋遭受毒打屬實，也就深信不疑。黃蓋按著曹操約定的暗號標誌，時間和地點，率領20條小舟，裝滿幹柴蘆葦，澆上魚油，鋪上硫磺和焰硝等引火易燃品，向駐紮在赤壁的曹方水寨飛快駛去。黃蓋站在為首一條船上，高插一麵大旗，上寫“先鋒黃蓋”四字，他全副披掛，手握利刃，好不威風。說也碰巧，這一天東風猛吹，波濤翻滾，曹操在軍中高處遙望隔江，自以為不可一世。他說：“黃蓋來降，是天助我也!”
20條船離曹營越來越近，曹營有個觀察水上敵情動靜的武將指著黃蓋所率船隻對曹操說：“來船有詐，休教近營。”曹說：“你怎麼知道?”他說：“黃蓋說乘糧船來，如船中有糧，船必穩重，觀看來船，輕而且浮，今夜又有東南風猛吹，如果來船假降，是來縱火，就難對付了。”曹操猛然醒悟，立即派巡邏船去製止來船。但已經晚了，黃蓋用刀一揮，前船立即發火，風助火勢，火趁風威，船如箭發，煙焰衝天，20條火船，一齊撞入水寨，曹營所有船隻猛然著火，烈焰騰空，燒得滿江通紅。
曹營水寨士兵對突如其來的火攻，毫無思想準備，嚇得驚慌失措。戰船緊緊相連，根本無法分開，隻能眼巴巴瞧著戰船燒沉為止。大火很快從船上蔓延到駐紮岸上的曹營，江麵上和江岸上到處一片火海。
周瑜揮動令旗，東吳將士們一個個如出山猛虎，奮勇出擊，曹軍士兵被大火燒得焦頭爛額，戰船上一片混亂，互相踐踏，爭相逃命，最後不是被火燒死，就是被水淹死。在孫劉聯軍的追殺下，曹軍20多萬人馬，損失慘重。曹操見敗局已定，隻好收拾殘兵敗將，逃回許昌去。
赤壁之戰，孫劉聯軍大勝，曹軍大敗，為曹劉孫三家形成魏、蜀、吳三國鼎立局勢奠定了基礎。周瑜指揮有方，創造了以少勝多、以弱敗強的著名戰例，不愧為我國曆史上傑出的軍事家。