不久黃祖的将領甘甯前來歸降，周瑜和呂蒙一起推薦他，因此受到了孫權的重用。
建安十一年（206年），周瑜率孫瑜等讨伐麻、保二屯，斬其首領，俘萬餘人。江夏太守黃祖遣部将鄧龍率數千人進攻柴桑，周瑜率軍反擊，俘虜了鄧龍。
建安十三年（208年）秋天，曹操率軍南侵，占領荊州，曹操向孫權進逼。大軍壓境之際，孫權本意與曹操一戰，向下詢問計策。然而孫權的大臣們出現了主和、主戰兩派，重臣謀士張昭和秦松更是支持投降曹操。于是魯肅勸孫權招回在鄱陽的周瑜。
周瑜回到孫權身邊，向孫權分析曹操與孫權兩軍的勝敗關鍵，先是指出：曹軍遠途跋涉，疲憊不堪；天氣寒冷，馬沒有草吃；北方人慣習陸戰不擅水戰，水土不服；馬超、韓遂尚在關西，爲曹操的後患。既而進一步分析了曹軍的實際力量，指出來自中原的曹軍不過十五六萬，而且所得劉表新降的七八萬人，人心并不向曹。孫權感歎道：“曹操想要廢漢自立很久了，隻是忌諱二袁、呂布、劉表和我罷了。現在隻留下我，我和曹操勢不兩立，你所說的話甚合我意，這是天把你賜給我了！”
孫權最終下定決心，拔劍砍掉桌子一角，說：“再有敢說投降的人，就像這個桌子一樣！”
孫權命周瑜及程普等領三萬人抗曹，途中在赤壁兩軍遇上，曹操軍因有疾病，又不習水性，初戰便敗退，曹操引軍至江北。周瑜便與劉備軍在南岸設營，雙方對峙。周瑜部将黃蓋建議用火計将曹軍打敗，周瑜認爲可行，命黃蓋詐降。曹操果然中計，船艦全被燒毀，曹操北還南郡。
周瑜又與程普進軍南郡，和曹仁隔江相持。兩軍尚未交鋒，周瑜先派甘甯前去占據夷陵。曹仁分出一部分兵馬包圍了甘甯，甘甯向周瑜告急。周瑜采用了呂蒙的計謀，留下淩統守衛後方，率軍馳援夷陵，大破曹軍于夷陵城下，所殺過半。曹軍乘夜逃走，途經木柴堵塞的險路，無奈，騎馬者皆棄馬徒行。周瑜率兵追趕截擊，獲得戰馬三百匹，軍威大振。
周瑜率兵屯駐北岸，約定日期大戰曹仁。周瑜親自騎馬督戰，被飛箭射中右脅，傷勢嚴重，退兵回營。曹仁聞周瑜卧病在床，親自督帥士兵上陣攻擊吳兵。周瑜奮身而起，巡視各營，激勵将士殺敵，曹仁隻好退走。孫權任命周瑜爲偏将軍，兼仁南郡太守，并把下隽、漢昌、州陵三個縣作爲他的奉邑，讓他屯兵于江陵。
赤壁之戰後，周瑜向孫權獻計軟禁劉備，直接管理劉備陣營的軍隊部屬，孫權認爲曹操在北方仍需牽制，又認爲劉備恐怕難以控制，所以沒有采納。
建安十五年（210年），孫權批準了周瑜提出征伐益州的方案，但在周瑜趕回駐地江陵，準備出征的路上時得了重病，最終卒于巴丘（今湖南嶽陽），時年三十六歲。孫權聽聞哭泣道：“公瑾有王佐之資，然而壽命短促，我還能依賴什麽呢？”又親自穿上喪服爲周瑜舉哀，感動左右。周瑜的靈柩運回吳郡時，孫權到蕪湖親迎，各項喪葬費用，全由國家支付。孫權稱帝後，對公卿說：“如果沒有公瑾，我是當不上皇帝的。”
漢獻帝興平二年（195年），周瑜收到了孫策從曆陽（今安徽和縣）送來的書信，來信邀他共下江東。正在尋找政治出路的周瑜收到書信後，馬上率領自己的部曲家兵數千人奔赴曆陽。同時，他還帶去了大批舟船糧秣。周瑜及江東名士程普、張昭等人協助孫策先後打下秣陵、湖孰、江乘等地，趕走揚州刺史劉繇，占據他的治所曲阿（今江蘇丹陽）。十幾天的時間，孫策的軍隊增加二萬餘人、戰馬千匹，威震江東。在繼續東進之前，孫策把鎮守江東要鎮丹陽（今江蘇南京）的重任委以周瑜。
後來周瑜拒絕袁術冊封的将軍稱号，向袁術提出要到居巢（今安徽桐城南）爲長的請求。居巢離長江很近，周瑜的企圖是，從居巢順流而下直奔江東。袁術不知周瑜假途東歸的用意，竟滿足了周瑜的要求。在居巢，周瑜結識了臨淮東城（今安徽定遠）的豪族魯肅。在他的勸說之下，魯肅放棄東城長的官職，背叛袁術，與周瑜結伴東渡。孫策考慮舒縣周氏是廬江的名門望族，派周瑜爲督，可以充分利用他的家族的社會影響，以招募人馬，延攬人才，擴大力量。
建安四年（199年），孫策與周瑜分率二萬餘人偷襲皖城。輕取皖城後，周瑜随從孫策在尋陽和沙羨，分别打敗回師救皖的劉勳以及趕來救授的黃祖。經過幾次大仗，孫策俘獲對方部曲士兵三萬餘人，戰船七千餘艘，實力大增。通過這次向西用兵，豫章（今江西南昌）、廬陵（今江西吉水西北）一帶也盡歸江東所有。戰争結束後，周瑜以中護軍、領江夏太守的職務（孫策授予周瑜這一職務是在取皖城之前）鎮守巴丘（今湖南嶽陽），防範占據荊州（今湖南、湖北）的劉表東侵。
建安十三年（208年），曹操占領荊州以後，水陸軍号稱八十萬順勢南下，并給孫權下了戰書。孫權将書信給部下們看過之後，部下都大驚失色，以張昭爲首的官員都勸孫權向曹操投降。當時雖然有魯肅在場主戰，但位卑言輕，無法發揮作用，所以魯肅讓孫權把周瑜召回。
周瑜到後，向孫權分析了當下形勢，如今北方尚未完全平定，馬超、韓遂還駐兵函谷關以西，是曹操的後患。而曹操舍棄鞍馬，改用船艦，與生長在水鄉的江東人來決一勝負。現在正是嚴寒，戰馬缺乏草料。而且，驅使中原地區的士兵遠道跋涉來到江湖地區，不服水土，必然會發生疾疫。這幾方面是用兵的大患，而曹操都貿然行事。将軍抓住曹操的時機，正在今天。我請求率領精兵數萬人，進駐夏口，保證能爲将軍擊破曹操。認爲曹操這次來就是來送死的。周瑜的話堅定了孫權抗曹的決心，于是以周瑜爲主帥，與劉備聯合，火燒赤壁，重創曹操。