当刘备率大军浩浩荡荡东下时，孙权一面派人向刘备求和，以免战争之苦，遭到刘备的拒绝。另一方面，他也做好准备。他将都城从建业迁到长江中游的武昌（今湖北鄂城），以便扼守荆州。这时候，孙权的大将周瑜、鲁肃和吕蒙等，都已经先后去世了。孙权慧眼识英雄，力排众议，任命年轻的镇西将军陆逊为大都督，统率朱然、徐盛、韩当、孙桓等五万人马去抵抗刘备。
刘备率军出发时，派车骑将军张飞领兵万人从阆中（今四川阆中）出发，到江州（今四川重庆）与他会合。张飞性格暴烈，勇猛无敌。但他对部下态度粗暴，动不动就鞭打士卒，引起部下对他不满。刘备多次劝诫他，他都不改。这次张飞领兵出发时，帐下将领张达、范强伺机将他杀害，二人带着张飞的首级，投降了孙权。
这件事如同火上浇油，使刘备暴跳如雷，誓死要灭孙权。他率大军攻下吴的秭归（今湖北秭归），直抵猇亭（今湖北宜都北），在那里设立大本营。前头部队已到达夷道（今湖北宜都），将孙权的侄儿孙桓包围在那里。吴军将领要求陆逊派兵援救孙桓，陆逊说：“孙桓将军一向受士兵爱戴，而且夷道城池牢固，粮食充足，不必担心。等我打败蜀兵，他自然解围了。”
吴军将士要求出击刘备，陆逊考虑到蜀军来势凶猛，数量众多，强攻硬打是要吃亏的。他勉励将士，布置防御，等待时机，后发制人。
在后发制人思想指导下，陆逊率兵在猇亭、夷道一线坚守营寨，任凭刘备怎样挑战，他们都拒不应战。刘备在夷陵（今湖北宜昌东南）东西一线，安营扎寨。时正值盛夏季节，天气异常炎热，蜀军士兵忍受不了蒸人的暑气，叫苦连天，士气越来越低落。刘备只得让水军离船上岸，和陆军一起，靠着溪沟山涧、树林茂密的地方，扎下互相连接的四十多座军营，以便躲避暑热，休整队伍，等到秋凉后再向吴军大举进攻。陆逊见蜀军战线拉得过长，兵力分散，士卒疲劳，士气低落，认为反攻的时机已成熟，决定反击。
222年（蜀章武二年）夏季，对于蜀军来说是一个灾难的季节。陆逊根据蜀军在山林中连营扎寨的特点，决定采用火攻。他命令战士每人都带一把茅草，到达蜀营后，放火烧营。陆逊又是火攻，又是突然袭击，蜀军毫无防备，顿时乱成一团。吴军全线出击，连破蜀军四十余营，刘备大败。他丢下大部分人马及舟船、器械、水步军资，只带少数人马，乘黑夜冲出重围，逃到白帝城（今四川奉节）。这就是历史上有名的猇亭之战或夷陵之战。
猇亭之败使蜀汉损失惨重，元气大伤，荆州再也无力夺回，蜀汉再也无力与孙吴抗争，只好退守益州了。这次失败给刘备以沉重打击，他忧愤悔恨，病死在白帝城。临死前，他把丞相诸葛亮请到白帝城，安排了后事。这就是有名的“白帝城托孤”。
223年（蜀汉章武三年）四月，刘备病死，年63岁。
刘备死后，年仅17岁的刘禅（小名阿斗）继位，改年号为建兴元年，封诸葛亮为武乡侯。从此，蜀汉政治上的一切事情，都由诸葛亮负担。当时孙吴、曹魏远比蜀汉强大，强敌环伺，蜀汉政权只有益州之地；内部一些地方豪强乘刘备刚死，发动反叛，政局不稳，诸葛亮肩上的担子十分沉重。诸葛亮对内首先厉行法治，加强中央政权；对于不法之徒，严惩不贷；重用那些有才能的人，赏罚分明。诸葛亮制定和颁布了一些法令、条例，《蜀科》就是其中的一种。严明法纪使蜀国政治很快安定下来。
诸葛亮很注意官吏的选拔，他任人唯贤，不拘一格。他把一些有才能、忠于蜀汉政权的文臣武将安置到重要岗位。如士卒出身的王平，手不能书，大字认识不到十个，但遵守法度，很有作战经验。街亭之战，他能保全军队，立下战功，诸葛亮破格提拔他为将军。再如后来被诸葛亮任命为接班人的蒋琬，在荆州只是衙门里缮写文书的小吏。入蜀后，蒋琬做了广都县令。有一次，刘备因事到广都，见蒋琬什么事都不管，既不欢迎他，又喝醉了酒。刘备非常生气，要判蒋琬死罪。诸葛亮知道蒋琬有才干，做县令有些大材小用，便为他求情，免得一死。后破格提拔他为尚书郎，诸葛亮几次北伐，蒋琬都负责军队的给养，安排得井井有条。诸葛亮死后，蒋琬成为蜀汉政权中出色的人物。
诸葛亮不仅注意人才选拔，还注意听取部下意见，发挥部下的智慧和才能。他常说：个人的见识是有限的，只有“集众思，广忠益”，才能把事情办好，这就是“集思广益”这个成语的由来。他对一直协助他处理军政大事的董和非常赞赏。董和性格直爽，办事认真，又有政治见解。徐庶也是如此。当他与诸葛亮意见不同时，敢于辩解，有时进行十多次争辩。
诸葛亮知人善任，为蜀汉政权吸收了一批有才干的人才，使蜀汉在诸葛亮执政及以后一个时期，保持了相对稳定的局面。
诸葛亮在加强政权建设的同时，也注意发展农业。成都平原土壤肥沃，自然条件比较优越，而且战乱年代所受到的破坏较少，给蜀国提供了较好的物质基础。诸葛亮十分注意利用原有的基础来发展社会经济。都江堰及其灌溉地区是蜀农业最发达的地区，诸葛亮设堰官，并经常派一千多人维修堤堰。成都西北郊的“诸葛堤”，也是当年诸葛亮组织人力维修的。
蜀国的丝织业很发达，蜀锦是政府财政收入的主要来源。蜀锦驰名各地，行销魏、吴，诸葛亮曾以川马蜀锦，作为和吴交聘的礼物。锦江、锦里也因此而得名。诸葛亮还将织锦技术传授给少数民族。南征后，他鼓励西南少数民族栽桑养蚕、缫丝织绸。据说他亲自把蜀锦的图案纹样，送给少数民族人民，还让会织锦的士兵，向他们传授织锦技术。西南少数民族称蜀锦为“诸葛锦”。一直到蜀亡时，国库还存有锦绮彩绢各二十万匹。蜀国的经济在诸葛亮治理下，平稳向前发展。
诸葛亮在治理内政的同时，对外也采取积极措施。诸葛亮掌政后，根据蜀国内外情况，断然决定派使臣去东吴讲和，恢复吴蜀联盟。诸葛亮派邓芝带着名马、蜀锦前往东吴，去完成这项重要使命。
223年（蜀章武三年）十月，邓芝到达东吴。邓芝针对孙权的矛盾心理，给他分析当时的形势，说：“吴蜀两国占有四个州，大王是当世的英雄，诸葛亮也是一时的俊杰。吴国有长江天险，蜀国有山川屏障，两国和好，互为唇齿，进可以兼并天下，退可以鼎足而立。现在大王怕和蜀国联盟，得罪魏国，而和魏保持臣属关系，曹丕必然要大王入朝，要太子去做人质。要是不听他的话，魏国就要借口讨伐你。那时候，蜀国也可以顺流而下，江南的广大地区，就不会再是大王所有了。”
邓芝精辟的分析，解除了孙权的疑虑，遂决定与魏国断交，吴蜀联盟恢复了，从而使三国鼎立的局面更加巩固。
诸葛亮在恢复吴蜀联盟，解除东顾之忧后，便决定亲自率兵南征，平定南中地区（今四川南部、云南东北部和贵州西北部）的叛乱。
南中地区有四个郡，即越篙、益州、永昌、牂柯，那里居住着叟、僚、濮等少数民族，他们是今天彝族、壮族、傣族、崩龙族的祖先，自汉朝起就统称他们为“西南夷”。刘备占领益州后，根据诸葛亮“南抚夷越”的方针，派有才干的将军邓方、李恢来治理南中地区。但当地的汉族豪强地主和少数民族首领“夷帅”总想割据独立。223年，刘备死后，益州豪强雍闿乘机发动叛乱，越雋郡的少数民族上层分子高定、牂柯郡的太守朱褒也起兵响应，这严重影响了蜀汉政权在这一地区的统治，所以，诸葛亮决定亲征。
225年（蜀建兴三年）三月，诸葛亮兵分三路，向南中进发。由马忠率军攻打牂柯郡的朱褒；李恢攻打益州的雍；诸葛亮攻打越雋的高定。临行前，参军马谡对诸葛亮献策道：“南中依靠地势险要偏远，不服从朝廷已经很久了。即使今天我们用武力打败他们，大军一退他们还会反叛。用兵之道，应以攻心为上，攻城为下；心战为上，兵战为下。希望丞相不要专用武力，要注意征服他们的心。”诸葛亮高兴地接受了马谡的建议，这符合他的“南抚夷越”方针。
诸葛亮大军和马忠大军迅速平定了高定和朱褒的叛乱，占领了雋郡和牂柯郡，然后向叛乱据点益州郡进攻。这时叛乱头子雍闿已被高定的部下杀死，孟获代替了雍闿。孟获在当地群众中有一定威信和影响，诸葛亮为了搞好与西南少数民族的关系，稳定蜀汉在南中的统治，决定采取“攻心”战术，下令军队在与孟获作战时，只许生擒，不许伤害。
诸葛亮见孟获被擒后不服，又放了他，就这样一捉一放，共七次，这就是“七擒孟获”的故事。孟获见诸葛亮智谋超群，用兵有方，便彻底心悦诚服地投降了。
诸葛亮乘胜追击，彻底平定了南中地区的叛乱。为了加强对南中的统治，将南中原来四个郡改为六个郡，并实行用当地人而不留外地人，不留兵，不运粮的政策。任命少数民族中的领袖人物担任中央或地方官吏，治理南中，这使南中成为蜀汉相对稳定的后方。
吴蜀联盟的恢复，南中叛乱的平定，解除了诸葛亮的后顾之忧，他决定实现他《隆中对策》中的北伐曹魏，统一中原的计划。
从228年（蜀建兴六年）至234年（蜀建兴十二年），诸葛亮先后六次出兵北伐，其中五次进攻，一次防御。227年春，诸葛亮屯兵汉中，准备北伐。临行前，他给刘禅上了一个表章，这就是历史上著名的《前出师表》。228年，诸葛亮出兵北伐。他命令赵云和邓芝带领部分军队作为疑兵，虚张声势地由斜谷道（由现在陕西褒城县经凤县到眉县的路）进攻郿县（今陕西眉县北），迷惑敌人。自己率主力，以马谡为先锋，突然袭击祁山（在甘肃礼县东）。蜀军兵强将勇，号令严明，所到之处，势如破竹。曹军没想到蜀军会如此大规模地进攻，位于陇右的天水、南安、安定三郡措手不及，投降了蜀军，关中为之震动。当时魏文帝曹丕已死，曹睿继位。蜀军进攻开始时，他亲自坐镇长安，先派大将军曹真督军去郿县，以防御赵云；又派大将张郃领兵五万，抵抗诸葛亮。张郃大军与蜀军先锋在街亭（今甘肃秦安东北）相遇。
马谡自幼熟读兵书，谈起军事理论来滔滔不绝，头头是道。刘备生前认为马谡只会纸上谈兵，不踏实，临终前曾对诸葛亮说：“马谡言过其实，不可大用。”
刘备的话没有引起诸葛亮的注意，这次竟把先锋的重任交给了马谡。马谡轻敌自傲，违背诸葛亮的部署，又不听从副将王平的劝阻，弃城不守，舍水上山扎营。魏将张郃围困街亭，切断水源，又放火烧山。蜀军缺水，饥渴难熬，不战自乱。张郃乘机大举进攻，蜀军大败，马谡逃走，街亭失守。
街亭的丢失，使蜀军处于十分被动的不利地位，丧失了进攻的据点和有利地势。诸葛亮根据双方的形势，只好退兵。第一次北伐就这样失败了。
诸葛亮退回汉中后，为了严明军纪，忍痛下令将好友马谡处死。他自己认为自己也有用人不当、军令约束不严的错误，自己要求降职三级，并向大家公布自己的错误。
自从第一次北伐失败后，诸葛亮又先后进行过五次北伐，终因蜀道崎岖难行，军粮供应困难等问题而先后宣告失败。诸葛亮为解决行军粮草供应问题，还设计制造“木牛”“流马”运输工具，但这都无济于事。
234年，诸葛亮率军进行第六次北伐，双方在渭水南岸对峙着。几个月后，诸葛亮终因操劳过度而病倒，在退军途中病死在五丈原（今陕西眉县西南），终年54岁。
诸葛亮是我国古代杰出的政治家、军事家，他从27岁出茅庐，为刘备设《隆中策》以来，一直为蜀国的大业兢兢业业。在他二十多年活动中，以他的聪明才智，努力实现他在《隆中策》中所提出的目标，为蜀国的安定、强盛付出了全部的智慧和力量，以至于生命，他真正做到了“鞠躬尽瘁，死而后已”。
诸葛亮死后，蜀国开始逐步衰落下去。
在三个政权中，最晚一个称帝的是东吴孙权。赤壁战后，孙权从刘备手中夺回荆州，占有整个长江中下游南岸地区。吴蜀联盟破坏后，孙权怕遭到曹魏和蜀汉的夹攻，便积极向曹魏靠拢。220年曹丕称帝，孙权派使臣前去祝贺。曹丕封孙权为吴王。222年，孙权称吴王，改年号为黄武元年，定都建业。直到229年（吴黄龙元年），孙权才正式称帝。
东吴政权地处江南，土壤肥沃，水量充沛，有着优越的自然条件。尤其是北方连年战乱，大批北方农民逃避战乱，迁居江南，带去了先进的耕作技术，与江南劳动人民一起，共同发展江南经济。孙权很注意农业生产的发展。秦汉时，江南耕作方法还很落后，到东吴时才开始推广中原的二牛抬杆的犁耕法。孙权为奖励耕种，带头把自己驾车的八头牛改充耕牛。江南作为水乡，船是他们主要交通工具。东吴的造船业比较发达，建安侯官（今福建福州）、广东番禺（今广东广州）都是当时最大的造船基地。吴国造的大船上下五层，能载三千多人。孙权派出较小的贸易船，也能载80匹马。230年（吴黄龙二年）孙权派将军卫温和诸葛直，带领一万多人，渡海至夷洲（今台湾），这是大陆人民最早一次大规模地到达夷洲，这是大陆开发台湾的开始。
魏、蜀、吴三个政权各有其政治、经济、军事及地理特点，各有它的优势，因此，在一定时期内保持着势均力敌，任何一方都无力统一全国。这是一种局部的统一，它有利于三个相对安定区域内经济的恢复和发展。
