早在漢軍調動的五月份，自領車騎將軍兼揚州牧孫權便從秣陵率部移駐壽春。十萬兵馬聚集在巢湖、淮南一帶，常常以舟師樓船在淮水、泗水間往來巡遊，聲勢不可謂不小。然而耐人尋味的是，在大雨漲水的情況下，天時地利明明朝著對吳人有利的方向變化，孫權卻遲遲沒有動作，而是長期駐留在壽春，觀看淮北的局勢發展。
這其中的緣由其實不難辨明。徐州雖是直抵中原的戰略要地，但這是從進攻上而言的。而對於志在割據的孫吳政權來說，未免就有點味同雞肋，食之無味棄之可惜了。畢竟早在十年前，劉備陳沖就曾主張將徐州割給孫策，以求盟好，但孫策專心南面，無意參與東西兩雄的鬥爭，只保留了淮南，而後把淮北之地轉交給曹操，旨在維持中原東西的平衡。但畢竟是以小博大，有心無力。三年前曹操敗亡於臨淄，孫權在不得已的情況下，才重新接手了淮北。從這個角度來看，孫吳政權會有多大的決心堅守徐州，也確實是不宜高估的。
可吳人雖沒有堅守的決心，卻也不能坐視徐州丟給漢軍。特別是對於以賢明繼承大統的孫權而言，佔領徐州是他執政以來最輕鬆成功的一次拓土，也是他重要的政治資本。就這樣將國土輕鬆放棄，雖然戰略決策上不一定錯誤，但在政治層面上卻是一次對孫權的重大打擊。所以他此前數次在淮北耀武揚威，意圖也很簡單，就是旨在逼迫漢軍放棄攻打徐州，轉而去收拾漠北的虜寇與海東的遼人罷了。
如果實在不得不放棄徐州，孫權也希望能讓前線將士主動提出，他再順水推舟，將淮北軍團撤回淮南。這樣一來，便也好減免自己在其中的政治責任。
但如此一來，就導致了吳人在具體的戰事部署上處於全面下風。在漢軍開始正式調動後，先是司馬懿在十日兩破吳軍，而後就是關羽在淮北四面設網，五日便將吳人的淮北兵團盡數趕出城池，逼迫他們向南奔逃。而劉曄選擇的自曲陽、海西入淮的路線，也提前為趙雲封鎖。
八月初五的早晨，兩軍在大伊山西面相遇，吳軍約三萬人，漢軍約四萬人，雙方軍勢相當。於是劉曄派遣兩千精銳試圖正面突圍，而漢前將軍趙雲則親率千餘精騎與其力戰，在馳騁激戰之間，趙雲連斬八名壯士，吳人見而膽寒，紛紛退避三舍。劉曄見狀，也不敢再戰，只得將大部就地屯守大尹山，在此安營紮寨，再向壽春的孫權請使救援。
而在信使奔走之後，漢軍各部也陸續南下。先是關羽本部，而後是郭淮、杜畿、孫資各部，加上此前已與劉曄對峙的趙雲、黃權等部，近乎十萬漢軍將三萬吳軍團團包圍，而後在吳人營寨之外的各條通道上廣修鹿角木柵。戰略意圖已經非常明顯，就是要讓這支淮北吳軍插翅難飛。
孫權收到書信後，面色不禁大變，他可以接受退出淮北，卻不能接受三萬戰兵一朝淪喪，當即就為解圍一事召開軍議。此時隨他在壽春的幕僚，有魯肅、呂蒙、張昭、步騭、顧雍、朱然、淩統等人。他們都主張不與漢軍硬碰，而應該揚長避短，批亢搗虛。故而可率水師沿泗水北上，搶攻下邳、彭城，雖不一定破城，但可以藉此威脅漢軍的退路，逼迫關羽解圍。
於是孫權親領大軍，自睢陵溯流而上，打算直取下邳。結果途經下相時，發現司馬懿已在泗水兩岸拉起鐵索，又建立浮橋，船隻不得前進。孫權以為司馬懿獨木難支，便令淩統於船頭點火，將鐵索炙烤融斷，而後又下令拆毀浮橋。如此忙活了四日，終於清開水道。結果往後不遠，水師又被迫停住。原來司馬懿還在這段河流裡打下了不少梅花樁，木樁或深或淺，使船隻稍不留神便會擱淺難行。
吳人在這片水域走走停停，拆拆建建，十日下來，才行了不到短短十餘里，而枯水期卻近在眼前。枯水期一到，樓船無法在泗水中航行，那吳人的水師優勢也就將逐漸落沒，而轉由漢軍的騎兵徹底主導戰場了。到了這一步，諸將已心知肚明，想要透過水路逼迫漢軍撤兵的設計，恐怕已經無法實施了。那眼下該如何做呢？去大尹山和漢軍正面廝殺嗎？沒有一個人有把握。
還是魯肅對孫權進言說：“數萬將士陷於重圍，如果一箭不放便將他們盡數拋棄，主公的民心恐怕就將喪盡了，基業社稷恐怕也大有損傷。今日不戰，將來就無人敢戰。該下決心了，絕不能就此束手就擒！”
孫權終於下定決心。而後他率眾重入淮水，屯軍於淮浦，以此為前進基地，繼而自游水處進入淮北。游水與祖水在海西處相交，而如今海西為趙雲所佔據，只要能夠重奪海西，吳人便能以水師突入祖水，自然為劉曄解圍了。
只是時間至此，已到九月，天氣漸漸寒冷，淮北的水位也逐漸下落，吳人的樓船徹底退出戰場，只有艨艟與走舸還能在河流中航行，在這種情況下，步戰已經成了必然也是唯一的選擇。
為了保證一戰取勝，孫權親自壓陣，以淩統、蔣欽為前鋒，朱然、呂蒙為中軍，自己與魯肅督後衛，以八萬餘眾向海西行進。而關羽恰恰將帥帳設在海西，他得聞吳軍出陣的訊息後，不禁拊掌大笑，對眾將說：“吳兒已入我甕中。”當即點出六萬兵馬，在游水河曲處列陣，等待吳軍前來。
兩軍在九月初六的中午相遇。當時太陽高懸，散發出刺眼的光芒，但紮在身上卻不覺酷熱，畢竟秋老虎早就過去了，數十里外的海風吹過來，人們似乎可以聞到薄冰般的溼冷，但更可以嗅見雙方身上抑制不住的殺氣。
這時漢軍在北，兩萬騎軍已經全副武裝地列在前陣，烈日之下，精甲熠熠生輝，軍馬安立不動，其軍容肅穆嚴整，當真有如飛來巨山，而其後的漢軍軍勢更是被前軍完全遮擋，看不見後方的佈置，唯有無窮無盡的旗幟在空中飄揚，這番雄偉場景，直壓得來者喘不過氣。
而吳軍在南，雖然早有列陣，可畢竟緣水而行，全軍的陣列已經被拉成了一條長線，但他們極為謹慎，前行時在左翼列有車陣，右翼則靠著河岸，河岸上雖無大船，艨艟鬥艦卻接連不斷，舟師綿延數里，可以隨時接應陸上的吳軍。這樣的佈置雖說保守，卻足以使漢軍最常用的錘砧戰術無用武之地，所以漢軍也沒有立刻發起攻擊，而是等待吳軍的動作，畢竟如今吳軍才是進攻的那一方。
孫權也是第一次如此近距離地觀察漢軍，他的幕僚們都說，敵軍陣型如此嚴密，又多騎兵，直接猛攻恐怕沒有什麼勝算，不如先分一精兵在前為餌，勾引其陣勢變化，再派後軍不遲，即使不利，也能後退再戰。孫權心中本來就有幾分猶豫，聽到這個建議，立馬就同意了，命令淩統率兩千強弩手衝擊漢軍的前列。
漢軍的機動性遠強過吳軍，所以淩統沒有做無謂的機動，而是沿著游水正面衝擊漢軍。隨著動人心魄地進軍戰鼓擂起，漢軍的前列開始鬆動，一列一列的人馬出陣聚集，形成了一個不大不小的方陣，他們沿河而動，一步一步地向前踏擊，在兩軍龐大的陣容之前，就像是一塊石頭，義無反顧地砸入湖水之中，很快在漢軍中驚起了一片漣漪。
由於兩軍靠得很近，所以沒過多久，前列的吳人已經進入了漢軍的射箭範圍。但漢軍沒有急於射箭，而是略微向兩旁散開，想把吳軍引入更深入的一個境地。但吳軍卻沒有這個意圖，他們站穩後，仍舊密集地靠在一起，而後用強弩對著漢軍攢射，由於知道漢軍多披有厚甲，所以吳軍故意把弩箭壓低了一些，專門瞄準馬腹，一次放箭，便往往有數十匹馬哀鳴著倒地，等到放過三輪箭後，他們方才繼續向前。
但漢軍顯然沒有因為這幾輪放箭而喪氣，他們見事情不對，便通通下馬結陣，前後數排都把長槊向前伸出。寒光閃閃的槊間一層層地舉起，就像地裡長出了無數鐵製的荊棘，其中寒光茫茫，令人不寒而慄。
到了兩軍終於短兵相接的一刻，漢軍的督將們方才發出沙啞的吼聲，持槊的漢兵都朝前力戰，一下子衝殺到吳軍幾乎靜止的陣型面前，瘋狂地用長槊朝他們亂刺。趁此時機，後方排的漢軍都搭箭拉弓，開始漫無目的朝遠方拋射，很多中間的漢軍則彎著腰，拿短刀從長槊下方發起進攻，直接殺入了吳軍的行列之內。
這時一場直接發生在血肉間的交鋒。也是過去數十年間，東西兩軍間最直接的博弈，用意志檢驗意志，用死亡來逼退死亡。進攻的吳人從來沒有見過這樣的戰法，雙方的戰線只維持了兩刻，交戰中的吳人便感受到了難言的恐懼，開始不自覺地被漢軍擠壓後退。哪怕淩統在其中不斷督戰，逼迫士卒向前，但在漢軍的三重攻勢面前，這些努力實在顯得杯水車薪。很多人死去了，然後就有吳人開始後退，陣型的維持很快就趨近於無。
孫權眼睜睜看著這一幕，這才意識到兩軍的差距到底大到了什麼地步。連忙派人去接應淩統回來，而後心疼地對魯肅說：“游魚豈可自己上岸吶，到時隨便什麼鳥都能欺負它們。”同時命令全軍緩步後撤，把精銳都用來殿後，避免漢軍大部靠近。
但漢軍也沒有追擊的意思，他們見吳人後退，只不斷地發出鬨笑之聲，靜靜地遠望罷了，而吳人則咬牙切齒，不敢上前。顯然，只是短短地一次交鋒，吳軍大部就已經喪失了與漢軍步戰的勇氣了。