夏季閏六月，陸遜即將攻打漢軍，部下將領都說：“攻打劉備應該在他立足不穩之時，現在漢軍已經深入我國五六百里，同我們對峙了七個月，占據了險要地勢，穩固了防守，攻打他們不會順利。”陸遜說：“劉備是個非常狡猾的人，再加上他有豐富的經驗，漢軍剛剛集結時，他思慮精純專一，我們無法向他發起攻擊，現在漢軍已經駐扎很久了，卻仍然找不出我軍的漏洞，將士疲憊，意志沮喪，計無可施，如今正是我們對他前后夾攻的良機。”于是先下令攻打漢軍的一個營壘，以試探漢軍的虛實。結果，漢將吳班帶兵反擊，打得吳軍敗如潮水，損兵折將十分慘重，只得逃回城中。陸遜原先設想乘隙進攻的方案遭到失敗，將領們都說：“這次作戰徒損兵將。”陸遜原定計劃落空，面對部將的指責，孫權的催促，和荊州的危急形勢，他的心情非常沉重。為了打敗堅強精銳的漢軍，他時刻苦想計策，經過反復思索，終于想出了火攻的辦法，他激動地對部將說：“我已經有了破敵計策。”他下令朱然首攻漢軍前營，戰士每人手拿一束茅草，乘夜在漢軍營前附近放火燒林。漢將馮守在營中，沒有防備營外樹林。吳軍在林中引燃干柴，形成火勢，熱氣迅速烤干林木，隨著燃燒起來，火光照耀夜空，驚動遠方。朱然借用火勢，襲擊漢營的側后，漢軍營中一片混亂。

陸遜一看計謀有效，當即傳令各路軍隊同時出擊，采用虛勢火攻，再乘勢出擊的方法，襲擊漢軍。朱然遮斷漢軍前營的后路，潘璋同時配合進攻，馮習奮力抵抗，直到戰死。韓當和朱然進至夷陵涿鄉攻打漢軍，諸葛瑾、周胤也從孱陵進擊猇亭，吳軍主力全部集結在猇亭，攻打漢軍大營。張南力戰不退，直到中創倒下。胡人君長沙摩柯也在抵抗中陣亡。吳軍接連攻破漢軍的營壘，直向劉備的御營進攻。漢將杜路、劉寧后路斷絕，孤力被圍，被迫向吳軍投降。

漢帝劉備知道前軍已敗，殘局難收，只得向后撤走，在黃忠的護衛下登上馬鞍山。黃忠布置軍隊抗擊吳軍，打退了潘璋的進攻。陸遜督促各路軍隊四面圍攻，逐步縮小包圍圈。吳班、廖化、關興、張紹各領夲部分守一方。陸遜再次采用乘虛燒林的辦法，趁勢進攻。一日一夜漢軍失敗，戰死一萬多人。黃忠率領輕騎保護劉備突圍而出，遙向西北退走。

吳將孫桓一見陸遜進行反攻，趁機率軍出戰，得見陸遜。孫桓聞劉備退走，料定必從長江南岸還蜀中，于是奮力追趕。黃忠保護劉備走到石門山，追兵即將趕到，形勢危急，驛道官員親自挑著兵器鎧甲，在險要的路口焚燒斷后，劉備因此得以退走。漢軍各部分散多處，危急之際難以及時聯絡，因此不得集中，各軍未奉兵符而不敢擅動。吳兵突然打到營前，漢兵陷入絕境，分崩四散。

漢將傅彤掩護大軍撤退，部隊全部陣亡，他卻越戰越勇，吳軍勸他投降，他大罵說：“孫吳狗輩，漢將軍哪有投降之理。”于是奮戰而死。從事祭酒程畿，乘船迎擊吳軍，知道漢軍撤退，因未奉兵符而不肯走。部下說：“后面追兵即將追上，應該把兩船連接的方舟拆開，輕舟撤退。”程畿說：“我從軍以來還沒有學習如何逃跑。”因此他抵抗吳軍，奮戰至死。侍中馬良在武陵督領五溪諸蠻進攻吳軍，遭到吳將步騭的反攻，馬良不幸戰死。漢軍一連失去四十多座營壘，致使軍中船只器械，以及水軍陸軍的軍用物資，全被吳軍奪走，將士的尸體布滿江面，順流而下，情景悲壯而又凄涼。劉備面帶慚愧，失望地說：我被陸遜折辱，難道是天意嗎？”黃忠收容散兵，保護劉備，徐徐退至巫縣。

吳將孫桓率領輕兵萬余人，連夜西進，超越在前，竟在上夔道狹窄處，取土斷道，嚴陣截擊。這時前有伏兵，后來追敵，東西兩面都是險山峻嶺，形勢非常危急。劉備憤而感慨地說：“昔日我到吳中京城，孫桓還是個小兒，如今迫朕竟到如此地步”。黃忠挺身而出，他對劉備說：“孫桓小兒傲氣漲天，要將我軍斬盡殺絕，真是狂妄自大，陰險冷酷。但是回師不可堵截，他犯了兵家大忌，必遭失敗，今日微臣親自上陣，殺開這條山道，保護陛下安全撤退。”劉備說：“朕安排你守衛御營，今日終于派上了用場。”黃忠吩咐關興、張紹：“你們保護陛下翻越山嶺，轉到安全地帶，等待會師。”他又命令廖化：“你帶夲部掩護陛下轉移，保持正常聯絡，遇到險情隨時來報。”他們棄馬踰山，穿林歷險，保護劉備退走了。

黃忠向諸將傳達號令說：“我們前遇吳兵堵截，后有吳兵追擊，面臨生存死亡的緊要關頭，我們要上下一心，同赴患難打開這條通路，保護陛下退走，不要怯陣落后。”將士們都表示跟隨黃忠全力殺敵。黃忠率領前軍開始進攻了，他駕上云梯，當先登墻，冒著矢石擂木，登上墻頭。吳將凌統手持長搶要撥倒云挮，黃忠伸手抓住槍桿，一下奪了過來，即將上墻，只見凌統揮起寶劍搶先動手，黃忠擲出一把短戟，正中凌統臉上，頓時血流滿面，被左右架起退走。黃忠上墻一陣掃蕩，殺散守兵，掩護部下進攻，終于控制了局面。黃忠率領一支部隊，迎戰趕來增援的吳軍，命后路將士推墻平路，使漢軍順利通過。

孫桓看見凌統躺在擔架上，立即至前探望，卻見凌統已經死亡。孫桓親自趕到前沿督陣堵截，使吳軍士氣猛然大振。

吳班指著孫桓說：“這個就是孫權的宗親孫桓。”黃忠立即摘下弓箭，一道白光閃過，孫桓仰面倒下，不省人事，左右慌忙架住，退出戰場。

孫桓，字武叔，孫河的兒子，二十五歲時，拜官安東中郎將，參加夷陵大戰，和陸遜共同抗拒漢軍。由于漢軍精壯強干，駐防滿山遍野，孫桓拼命揮刀，和陸遜奮力拒戰，成為吳軍名將。在對峙過程中，他在夷道被漢軍包圍，向陸遜求援，卻得不到救兵。等到陸遜火攻取勝以后，他才被解除包圍，進行反攻。現在竟率部超過眾將，載擊劉備，計劃奪取大功。剛一出場，就中箭受傷，命臨絕境。

黃忠趁吳軍混亂之際，率軍猛沖猛打，奪下山路，控制戰場。這時趙云率部趕來，夾擊吳軍。吳軍傷亡慘重，橫倒漫山遍野，昏迷不醒的孫桓躺在擔架上，被部下抬著，登山度險，從山野草木之間逃跑了。

黃忠迎接劉備退至魚復縣，劉備將地名改為永安，命黃忠帶兵駐守白帝城，以防吳軍進犯。

白帝城原名紫陽城，位于上瞿塘峽口的紫陽山上，三面靠水一面靠山，背依高峽前臨長江，氣勢十分雄偉壯觀，是割據巴蜀的公孫述所建。當年公孫述是王莽的大將，在王莽篡漢時期，他據蜀稱王，在紫陽山積糧屯兵，擴修城壘。后來公孫述聽說城中有口白鶴井，常冒白色的霧氣，形狀宛如一條白龍騰空，他因此故弄玄虛，聲稱這是白龍出井，白龍獻瑞，是他日后必然登基成龍的征兆，于是自稱白帝，在此建都，所建的紫陽城取名白帝城，紫陽山改名白帝山。東漢建武十二年，劉秀率軍進川，公孫述兵敗身亡，白帝城毀于戰火。劉焉擔任益州牧以后，重新修整白帝城，形成蜀境軍事重鎮。

黃忠駐守白帝城，戰船停泊在白帝山下的江岸邊，由陳式統領水軍，自帶步騎守衛旱路。

鎮北將軍黃權在長江北岸，道路被吳軍切斷，無法退回，至八月間，黃權率部投降曹魏。蜀漢的執法官員請求劉備依法逮捕黃權的妻子兒女。劉備深切知道黃權思慮敏捷，籌劃一方，引導王師驅除吳軍，事遂功成。他獨自擔負東方一角的防線，不祥的命運終于降臨在他身上，他的夲心始終向著漢朝，卻流落在異鄉，不能回國，劉備對他十分同情，說：

“我有負于黃權，不是黃權辜負了我，仍然同過去一樣對待黃權的家眷。”劉備下令前線將領收兵還回巫縣。

吳將孫桓返回以后，被孫權拜任建武將軍，封丹徒侯，帶傷下督牛渚，最終因傷勢嚴重，飲憾死亡。

吳將徐盛、潘璋、宋謙、鮮于丹各出前鋒，與李異、劉阿進至白帝城的南山，收集漢軍的情報，他們紛紛上表孫權說：劉備全軍敗退，兵力難以復振，請令繼續進攻，一舉即可將他生擒。

孫權聽到劉備駐守白帝城附近的永安縣，并且正在集結軍隊，大有反攻的氣勢，這使他非常驚懼。他知道為了保衛荊州，打贏這次夷陵之戰，已經投入了全吳的兵力，在對峙期間，曾被劉備統轄的荊州郡縣，紛紛起兵響應，吳軍防守力量已經用盡，十萬人馬迎戰劉備四萬人，竟然失地七百里，相持一年零一個月，陸遜臨時采用詐術火攻，才僥幸取勝。并且當劉備敗退之后，大部漢軍死戰不降，黃權寧愿降魏也不向孫吳投降。當劉備全軍潰敗以后，荊州響應劉備的舊部依然抗擊吳軍，處處阻擋。如果劉備再反攻過來，后果實在不堪設想。這時孫權才感到以前制定的圖蜀設想實在太簡單了。通過這次戰役，他知道吳軍在水戰陸戰山地戰都打不過漢軍，只有采用詐術才能收到效果，而詐術畢竟是有限的，漢軍識破之后再用就會失靈，所以，這個仗不能再打了。孫權還敬佩欽服劉備的膽識戰略，他在失去荊州的喪亂之后，以一個益州之地十萬兵力敢于敵對魏吳兩個大國，并且使魏國不敢輕舉妄動，而在夷陵失利之后，還要進行決戰，這個一對兩強的戰略決策，是孫權無論如何也辦不到的。為了全力對抗劉備，他不惜向魏稱臣納貢，辱沒身份，而且面臨吞并的危險。魏文帝曹丕還要求孫權速送兒子到魏作質，孫權一再推托，已經拖延不下去了。他面臨著左右為難的抉擇，送兒作質，降魏稱臣，將來必被曹魏兼并，違抗不遵，曹丕必然興師問罪，如果曹丕和劉備一起進攻，孫氏江東基業必然分崩離析。孫權沒有劉備那種一對兩強的才略和資夲，必須改變緩和對蜀漢的政策。這時，他又回想起當初和劉備同盟的好處，劉備指揮赤壁大戰，擊敗曹軍，挽救了江東危機。當劉備兵力強盛以后，并沒有以強兼弱，而是繼續維護聯盟。孫權為了爭奪荊州，迎回親妹，兵襲三郡，劉備劃分郡縣，重立盟約，并沒有講任何條件。比較曹丕，高低優劣一片明朗。于是孫權斷然決定再次聯劉反曹，永不再變。他當下發布命令，召劉阿、李異退守巫縣。

九月，曹丕限令孫權送兒子上路，孫權再次禮貌回絕。曹丕這才發現孫權心中有詐，后悔沒有聽從謀士劉曄配合劉備消滅孫權的計策，詔令各路大軍進攻孫吳，并親自南下督戰。孫權改年號黃武，派出主力依憑長江拒守。

冬季十月，吳王孫權派遣太中大夫鄭泉前往蜀漢訪問漢帝劉備，劉備派遣太中大夫宗瑋到吳回報。從此東吳和蜀漢又開始恢復交往。

這一年，左將軍、驃騎將軍馬超聽到漢帝劉備東征失利的消息，深感討伐曹魏的計劃倍遭挫折，因此激憤成病，年底身亡，時年四十七歲。