这时，东吴也密切注视曹军动向，孙权亲率人马驻守柴桑。为联吴抗曹，诸葛亮前往柴桑游说孙权，舌战群儒，晓以利害，终于促成了孙刘联盟。孙权令周瑜领兵抗曹。周瑜率兵往夏口，刘备移兵樊口，共拒曹操。周瑜嫉恨诸葛亮才华不能为吴所用，先派诸葛瑾劝说诸葛亮事吴，不成，即起心暗害。诸葛亮以大局为重请鲁肃劝告周瑜共同对付曹操，不要相互谋害。周瑜在三江口初败曹军，曹操派蒋干劝周瑜投降。周瑜设下群英会款待这位旧友，大谈东吴兵强粮足的情况，让蒋干无法陈述劝降之意。晚上，周瑜又邀蒋干入帐共寝，故意将假造的曹操水军都督私通东吴的信件让蒋干得知。蒋干中计，回去报告曹操，杀了深得水军之妙的水军都督蔡瑁和张允，除去了水路进攻的一大障碍。随即，周瑜又派庞统去曹营献计，曹操误纳了庞统的连环计，将战船以铁链相连。这年冬天，吴蜀联军准备就绪，决定采用火攻之策。而曹操则在战船上置酒设乐，大会诸将，持朔赋诗。谋士们一再提醒防范吴军火攻，曹操皆不以为意，以为东吴缺少火攻所必须的东南风。然而，诸葛亮算准天时，准确预见了东南风的出现。伴随大风刮起，诈降的黄盖冲来火船，曹操被张辽救上小船，得以逃脱，此时军营、战船火焰腾空，曹军大势已去。曹操急率人马撤退，在奔往乌林的路上，被吕蒙追杀；在去合肥的路上又被太史慈、陆逊伏击；在往彞陵逃命时，又先后被赵云、张飞冲杀，曹操被杀得胆战心惊。待惊魂稍定之后，曹操望华容道逃奔，见此处并无伏兵，不禁大笑道：“人人都说周瑜、诸葛亮足智多谋，依我看来，到底是无能之辈。如在此处埋伏军队我等就只好束手被擒了！”话未说完，一声炮响，两边五百校刀手摆开，关羽跨赤兔马，提青龙刀，拦住去路。曹操见是关羽，拱手告道：“曹操兵败势危，到此无路，望将军以昔日之情为重！”关羽听了曹操哀告，又见曹军将士惊惊惶惶，哭拜于地，越发心中不忍，于是勒马回头，令众军四面散开，放了曹操一条生路。曹操败归许都，令曹仁驻守荆州。周瑜攻曹仁，被伏兵射中左肋。刘备众将则先后攻下南郡、襄阳、荆州，并招降了黄忠、魏延诸将。至此，刘备占据荆州。
建安十四年秋，孙权派鲁肃来讨荆州。刘备、诸葛亮答应取得西川后归还。当时，刘备的甘、糜二夫人已相继去世。周瑜出以招亲之计，想借此囚禁刘备索讨荆州。赵云陪同刘备往南徐同孙权之妹孙夫人成了亲，随后又依诸葛亮之计，让孙夫人陪同刘备去江边祭祀，趁机逃回荆州。周瑜大怒，决心要取荆州，他骗刘备，说愿代取西川以换荆州。诸葛亮将计就计，大败周瑜。结果周瑜终因不能取荆州而气死。孙权任鲁肃为都督，总领兵马；庞统弃吴投奔刘备，被用为副军师。
刘备以助刘璋协防汉中张鲁为名进兵西川，然则出师不利折了庞统。诸葛亮从荆州起兵增援，临行嘱托关羽东联孙权、北拒曹操，关羽不以为然。入川途中，张飞所向劈泥，义释严颜，打开了西川的门户，不久，刘备攻入西川，占领成都，领益州牧。孙权向关羽索还荆州，关羽拒绝。孙权决定攻打荆州，但因闻知曹操要攻东吴，才未发兵。当曹操准备出兵之时，献帝与伏皇后密议，准备诛杀曹操。事泄，伏皇后三族被灭，举国震惊。
建安二十一年，曹操晋封魏王，在邺郡建造魏王宫。
刘备为保西川，出兵攻打汉中。老将黄忠从法正计斩夏侯渊于定军山。建安二十四年，汉中被攻克，刘备自立为汉中王，诸葛亮为军师，关羽、张飞、赵云、马超、黄忠为五虎大将。曹操大怒，要取汉中。司马懿献计，劝曹操联合东吴攻取荆州以打击刘备，曹操采纳。于是孙权以吕蒙为大都督，同曹军合击关羽，关羽被射伤。华佗为关羽刮骨疗毒。治伤之后，关羽水淹七军攻取樊城，不料吕蒙却乘虚白衣渡江夜袭荆州。关羽率军往夺荆州，但士卒皆无战心，关羽大败，退守麦城。孙权派诸葛瑾劝降，关羽不从，弃麦城往西川撤退，路遇伏兵，关羽被擒。孙权斩了关羽首级，派人送与曹操。曹操厚葬关羽于洛阳，追封荆王。
建安二十五年，曹操病死，曹丕继位。十月，曹丕逼献帝退位，封献帝为山阳公，自称大魏皇帝。
建安二十六年四月，刘备称帝于成都，改年号为章武元年。七月，为报关羽被害之仇率兵七十万攻东吴。张飞此时因鞭打部将，被部将杀死，割首级献东吴。刘备葬过张飞，屯于白帝城督战。孙权派诸葛瑾往说刘备，望重结吴蜀联盟，共同对付曹丕，刘备不允。蜀军从巫峡建平起，直至彝陵界口，七百余里结连四十余寨，进攻东吴。黄忠中箭身亡。刘备攻猇亭，剐东吴降将。孙权任陆逊为大都督拒刘备。陆逊坚守不战，等待时机。刘备求战不得，移寨于山谷树林中避暑。陆逊趁蜀军人疲意困之时，夜里借东南风放火，尽烧连营七百里的蜀军。刘备败走，被赵云救入白帝城。陆逊紧追，误入诸葛亮所遗石阵，方知天外有天。此时，曹丕派兵袭击东吴，陆逊退兵。
蜀汉章武三年，刘备在白帝城染病不起。诸葛亮赶来，刘备托以后事，并作出诸葛亮可取刘禅而代之的遗嘱。四月，刘备病逝，诸葛亮立刘禅为帝，是为后主，并感刘备知遇之恩全力辅佐幼主。
刘备死后，曹丕用司马懿之计，联合南蛮孟获、东吴孙权进攻蜀汉。诸葛亮击退了来犯之敌，派邓芝结好东吴，自此吴蜀通好，息了刀兵。曹丕退回许昌，任司马懿为尚书。诸葛亮率军50万南征孟获，采纳马谡心战为上、兵战为下的建议，七擒七纵孟获，以德服人，使蜀汉后方得以稳定。
蜀后主建兴四年，曹丕病死，儿子曹睿即位，任司马懿为骠骑大将军。诸葛亮采用马谡之离间计，令其散布司马懿谋反的流言，使司马懿被削职回乡。诸葛亮乘此机会，发兵汉中。蜀军一出祁山，直抵渭水，长安告急。曹睿见势不妙，启用司马懿任平西都督，令其拒守长安。司马懿老谋深算，上任之后，即夺新城，斩了私通蜀汉的孟达，乘势直逼汉中咽喉的街亭和列柳城。马谡自告奋勇往守街亭，但他不听王平劝告，执意在山上林木深处下寨。司马懿率兵围山，断其水源，蜀兵大败，街亭失守，随即司马懿又攻下列柳城。诸葛亮闻讯，迅速安排退兵之计。但此时司马懿已逼近诸葛亮所驻守的西城。眼见城中仅二千五百名老弱残兵，退、守两难，诸葛亮料定司马懿会认为自己平生谨慎，不会冒险，于是大开城门，让老军扮作老百姓洒扫街道，自己则在城楼上凭栏而坐，焚香弹琴。司马懿赶来，满腹狐疑，惧有伏兵，急令撤退。当撤到武功山小路时，又遇诸葛亮事先布置的兵士大喊大叫，吓得魏军不敢久停，只得尽弃辎重而逃。西城解围后，诸葛亮退回汉中。司马懿中计后，叹道：“吾不如孔明也！”为正军法，诸葛亮挥泪斩马谡，并向后主上表自贬，以右将军行丞相事。此后，诸葛亮又四出祁山，但都未取得进展。这期间，孙权在武昌南郊筑坛登帝位，后定都建业。
建兴十二年，诸葛亮六出祁山，司马懿兵屯渭水相拒。诸葛亮在上方谷造木牛流马运送粮草，司马懿依样仿造中计，被蜀军劫去。诸葛亮以木牛流马诱司马懿入上方谷，雷炸火烧曹军。突遇大雨，火灭雷哑，司马懿父子才死里逃生。司马懿受挫后坚守不战，诸葛亮派使者送去巾帼、妇人缟素之服以及书信，以激他出战。司马懿看罢来信，心中大怒，但却装出笑脸，说到：“孔明看我像妇人吧！”接受了衣物，并厚待使者，向使者打听诸葛亮的饮食起居。听了使者话后，司马懿心内盘算：诸葛亮食少事烦，看来活的日子不会长久。于是越加坚守不出，静观事态发展。诸葛亮强支病体处理军务，积劳成疾，吐血不止。他知命不久长，遂授兵书于姜维。八月，病逝于五丈原军中，是年54岁。姜维遵照诸葛亮遗嘱，以木雕为诸葛亮像坐于车中，从五丈原徐徐退兵。司马懿追兵至，姜维推出诸葛亮木像，司马懿吓得急令后退，被蜀军乘势猛攻，曹军大败。司马懿退兵。蜀汉全国举哀，葬诸葛亮于定军山。
诸葛亮死后，蜀后主刘禅宠信宦官，不理朝政，国势日趋衰微。魏景元四年，司马昭令钟会、邓艾伐蜀，刘禅投降，被封为安乐公，蜀汉灭亡。魏自曹睿死后，大权先被司马懿控制，后又被司马懿之子司马师、司马昭所掌握。魏咸熙二年，司马昭之子司马炎代魏而自称晋帝，魏灭亡。晋建国后，于咸宁六年灭了东吴，自此三国时代结束，晋帝司马炎统一天下。
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