建安五年(公元200年)，曹操和袁紹在官渡(今河南中牟東北)爆發了一場決定性大戰。當時北方割據勢力以袁紹最大，曹操次之，兩大勢力決戰是勢所必然的。袁紹有兵力數十萬，佔地面積又大，但不得人心；曹操能用於對抗袁紹的兵力僅三、四萬，但比較得到百姓擁護，而且獻帝在他手中，可以「挾天子以令諸侯」。
二月，袁紹遣謀士郭圖、大將顏良直撲白馬曹操所置東郡太守劉延，自己親率大軍駐屯黎陽。曹操採用聲東擊西的戰略，引兵向延津，袁紹派兵增援。曹操見袁紹中計，立即親率輕騎直趨白馬，顏良被當時暫降曹操的關羽斬殺，袁軍大亂潰散。袁紹大怒，下令渡河追擊曹操。在延津以南，曹操故意將輜重棄置路上，袁軍紛紛搶奪。操乘機敗袁軍，誅袁軍大將文醜。
曹操儘管在白馬、延津取得局部勝利，但敵強我弱的態勢仍未根本改變，於是決定誘敵深入，主動撤退到官渡，深溝高壘，固守陣地，以待有利時機。正當曹操和袁紹在官渡對峙時，袁紹的謀士許攸建議與曹操展開持久戰，利用自己兵多糧足的優勢拖垮曹操。袁紹不聽，許攸背袁投曹，並告訴曹操袁紹軍的糧草囤積於烏巢(今河南延津東南)。曹操便帶精騎五千人前去攻打烏巢，盡焚袁軍糧草輜重，並趁機向袁軍全力進攻，一舉消滅袁軍七萬餘，袁紹和兒子袁譚率親兵八百餘騎逃過黃河。此一戰役，曹操以少勝多，殲滅袁紹的主力，為統一北方奠定基礎。
東漢建安十三年(公元208年)，孫權、劉備聯軍在長江赤壁(今湖北蒲圻市西北的赤壁山)一帶，大敗曹操軍隊的一次決戰。曹操敗袁紹、破烏桓，基本統一北方後，於建安十三年七月，自宛(今河南南陽)揮師南下，欲先滅劉表，再順長江東進，擊敗孫權，以統一天下。九月，曹軍進佔新野(今屬河南)，時劉表已死，其子劉琮不戰而降。依附劉表屯兵樊城(今屬湖北)的劉備倉促率軍民南撤。曹操收編劉表部眾，號稱八十萬大軍向長江推進。劉備在長坂(今湖北當陽境)被曹軍大敗後，於退軍途中派諸葛亮赴柴桑(今江西九江西南)會見孫權，說服孫權結盟抗曹。
孫權命周瑜為主將，程普為副，率三萬精銳水師，聯合屯駐樊口(今湖北鄂州境)的劉備軍，共約五萬人溯長江西進，迎擊曹軍。十一月，孫劉聯軍與曹軍對峙於赤壁。曹操將戰船首尾相連，結為一體，以利演練水軍，伺機攻戰。周瑜採納部將黃蓋所獻火攻計，並令其致書曹操詐降，曹操中計。黃蓋擇時率蒙衝鬥艦乘風駛入曹軍水寨縱火。曹軍船陣被燒，火勢延及岸上營寨，孫劉聯軍乘勢出擊，曹軍死傷過半，遂率部北退，留征南將軍曹仁固守江陵。聯軍乘勝擴張戰果，孫劉兩軍分佔荊州要地。
赤壁決戰，曹操在有利形勢下，輕敵自負，指揮失誤，終致戰敗。孫權、劉備在強敵進逼關頭，結盟抗戰，揚水戰之長，巧用火攻，終以弱勝強。此戰為日後魏、蜀、吳三國鼎立奠定了基礎。