曹操意气风发，亲率大军从江陵顺长江东下，战船绵延百里，声势威震长江两岸。大军行至赤壁一带时，与孙刘联军遭遇，双方初次交战，曹军便因北方士卒不习水战、战船颠簸眩晕等问题，战事不利，接连受挫。曹操无奈之下，只得下令大军暂时退守乌林，将战船首尾相连，以减轻风浪颠簸，稳定军心。周瑜则率领孙刘联军驻守长江南岸，与曹军隔江对峙，一场决定天下命运的决战，在长江两岸悄然酝酿。
面对兵力悬殊的曹军，周瑜沉着应战，仔细分析曹军弊端，定下诈降火攻之计。他命麾下大将黄盖主动向曹操献降书，假装因不忿周瑜指挥而心生叛意。曹操志得意满，轻信了黄盖的投降之言，毫无防备。黄盖则准备十艘轻便战船，船上装满干燥柴草，浇灌膏油，船头钉上尖锐大钉，便于冲撞敌船。一切准备就绪后，黄盖借着东南风起，率领十艘战船扬帆起航，假称投降，径直向北岸曹军水寨驶去。当战船行至距离曹营仅二里地时，黄盖下令各船同时点火，火借风势，风助火威，十艘火船如火龙般直冲曹军水寨。曹军战船首尾相连，无法疏散，瞬间陷入一片火海，大火迅速蔓延至岸边军营，曹军士卒被烧、溺死者不计其数，大乱之下全线溃败，舟船尽毁，粮草损失殆尽。
曹操见大势已去，无心再战，只得率领残兵败将，从华容道仓促撤退。华容道路面泥泞，荆棘丛生，残军疲惫不堪，行进艰难，险些全军覆没。曹操一路狼狈逃窜，最终才从陆路撤回江陵，随后不敢久留，下令大军北还，这场声势浩大的南征，以惨败收场。
建安十四年，即公元209年，赤壁之战的余波仍在持续。周瑜率领江东大军乘胜追击，历经苦战，最终攻克荆州战略要地南郡，进一步巩固了孙刘联军的战果。为了让刘备分担抗曹压力，共同抵御曹操反扑，孙权将南郡借给刘备，孙刘联盟的关系由此进一步加深，双方合作愈发紧密。
赤壁大败后，曹操退回北方，为防范孙权再次西进南下，他下令强制内迁淮南地区的百姓，试图以此削弱孙权的势力范围。然而这一举措操之过急，引发了江淮地区十余万户百姓的极度恐慌，百姓们不愿背井离乡，纷纷举家渡江，归附孙权麾下，反而让孙权的人口、兵力得到补充。
与此同时，曹操为稳定内部统治，安抚因战乱流离失所的百姓，特意颁布政令：凡战死将士的家属，没有产业根基、无法维持生计的，官府不得断绝粮食供应，地方官吏要悉心安抚抚恤，以此收拢民心，稳定后方。同年，曹操还亲自亲临合肥，重新规
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