在孫權躊躇滿誌地想繼續進兵荊州時，曹操卻領兵南下，在他之前進入荊州地界。孫權聯合劉備共抗曹操，這就是曆史上有名的赤壁之戰。
當時的荊州牧（即荊州的行政長官）劉表剛病死，兩個兒子劉琦和劉琮不合，魯肅建議孫權派他去勸說他們與江東合作，同時盡力聯合暫時寄居荊州的劉備，共同抗擊曹操，然後再尋機奪取荊州，奠定帝王大業。以後孫權的行動基本上是按照魯肅的計策施行的。
魯肅在曆盡艱辛見到劉備之後，提出了聯合抗曹的主張，這和劉備、諸葛亮的設想不謀而合。後來曹操從江陵東進，形勢危急，諸葛亮急忙同魯肅一起去見孫權，分析了曹操兵力與江東和劉備兵力的對比，以及曹操長途征戰的不利因素，加上水上作戰江東占據上風。孫權聽了很興奮，便召集大臣們共同商議，恰好這時曹操送來了書信，說自己領兵八十萬，要與江東決一雌雄。曹操的恐嚇使張昭等文臣提出暫時投降曹操。孫權很不高興，後來借口去廁所暫時躲出來，魯肅追上他又進行勸說，說別人投降都可以，惟獨他孫權不能，否則性命難保。魯肅又提議孫權將周瑜請來商議。周瑜回來之後力主抗曹，這堅定了孫權的信心。劉備和江東終於聯合起來做抗曹的準備。
周瑜領兵出擊，在赤壁和曹操的軍隊遭遇，周瑜采納了大將程普的計策，用苦肉計取得曹操的信任，說要投降曹操。然後用十艘戰船裝滿柴草、油脂，用火攻燒掉了曹操大營。曹操敗走華容道，狼狽北撤，損兵折將，死傷過半。赤壁一戰，曹操大傷元氣，三國鼎立局麵基本上形成。這一年，孫權僅僅二十七歲。《三國演義》中對諸葛亮的作用有些誇大，對周瑜的描寫也比較多，但忽視了孫權的作用，文學作品和曆史事實畢竟有些出入。
在赤壁打敗曹操之後，周瑜逐步取得了江陵地區。孫權又任命步騭為交州（現在的廣州一帶）刺史，步騭領兵南下，將東吳的勢力擴展到了交州一帶。
後來曹操又南下和孫權在長江兩岸激戰，地點就在現在南京附近，當時的南京叫建業，是江東的都城。原來的都城在京口，即現在江蘇省的鎮江，後來孫權遷到了建業，並修築了石頭城。
在和曹操激戰的時候，孫權親自乘船觀測敵情。曹操手下大將以為是來挑戰的，就想出擊，曹操則認為是孫權來觀察軍情的，不準出擊，隻是增加了防備。孫權觀察完了，命令回本部大營，還命人奏樂助威。曹操見孫權竟有如此過人的膽略，江東的戰船井然有序，很是驚歎："以後生兒子就要生個像孫權這樣的，如果都像劉表那樣的兒子，連豬狗都不如。"
一次， 孫權又乘船到曹操軍營前來刺探軍情，曹操命令放箭阻止。孫權所乘大船的一邊因為滿是羽箭，船開始傾斜，孫權立即命令將船掉頭，這樣另一邊也很快射滿了箭，船又平衡了，孫權這才下令回營。