历史上通常认为曹军大败的致命原因是遭遇了火攻。
在罗贯中的《三国演义》中便有关于曹军因遭遇火攻而失败的描写，小说中称曹操是中了周瑜的计，误将战舰相连，后周瑜遣黄盖诈降时利用火攻，一举将曹操的二十几万大军歼灭，弄得曹操不得不败走华容道。而罗贯中所借鉴的史料——晋人陈寿的《三国志》中也有关于火攻的记载。
《三国志·蜀书·先主传》中载有：“权遣周瑜、程普等水军数万，与先主并力，与曹公战于赤壁，大破之，焚其舟船。”陈寿生活在晋代，是最接近赤壁之战时代的人，应该说他指出的火攻使曹军失败的原因是可信的。宋人司马光在《资治通鉴》中也肯定了这一说法，书中称黄盖“乃取蒙冲斗舰十艘，载燥荻、枯柴，灌油其中，裹以帷幕，上建旌旗，预备走舸，系于其尾。……去北军二里余，同时发火，火烈风猛，船往如箭，烧尽北船，延及岸上营落”。
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由以上证据可见，曹军败在火攻上的确是“证据确凿”。然而，对于这场古今中外都享有盛誉的战争，难免有很多人想要进一步对它进行研究。
古代兵法中认为，夺取战争的胜利必须天时、地利、人和，还要知己知彼，对于曹操在赤壁之战中的失败也有人从以上几个方面进行考虑。
首先说到天时，赤壁之战中，曹操的失败自然与天时关系密切。东吴处在南边，而且赤壁之战是在江面之上进行的，在南方水乡，由于河道较多，很容易起雾，这便为黄盖在诈降之时发动火攻提供了便利。大雾弥漫在远处，曹操的大军很难分清对方的虚实，而着名的“草船借箭”故事也是在这样的大雾天气中发生的;其次便是那场在大冬天刮起的奇怪的东南风，在《三国演义》中这风是由诸葛亮借来的，当然真实的历史不可能像小说中那样被写得神乎其神，但这风是的确存在的，当东吴军队发起火攻之时，这突来的东南风正好助长了火势，火随风威正好烧到了江北的曹营。
二是地利。曹操带领的军队大多是北方人，北方人不习水战是自然的，而南方的东吴兵则多是自小在水中捉鱼嬉戏长大的人，而且当时吴国还建立了庞大的水师。赤壁的主战场就在江河之上，这对于不善于水战的曹军来说无疑是吃亏了。当曹操挥师南下之时，应该没有想到长江上的战场会令他的大军在此葬送吧。
三是人和。在当时，曹操挥师南下，意图是灭吴平蜀，也就是所谓的“侵略”战争，在人心向背上自然不被世人认可。而曹军自身也是一个重要问题。曹操从北方带来的军队，组成极为混乱，虽号称百万之重，但却不能做到上下一心。这些士兵既有在官渡之战后投降曹军的原袁绍部队的军士，也有平定徐州时候的投降部队，还有平定荆州时收服的投降部队，更有曹操早期镇压黄巾军时投降的黄巾军，真正属于曹操嫡系部队的本来就不多;而且这些拥有各种背景的部队被曹操纳入编制后还没有在思想上和心理上统一，内部纷争，矛盾众多。难以统一的军队自然不好领导，而想让这样的军队取得战争的胜利也是很困难的。
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四是知己知彼。曹操在挥师南下的时候想必认为，区区东吴无法与自己抗衡吧。在这场战争中曹操显然因骄傲自满而过于轻视敌人。毕竟在此前的战事中曹操是一路高奏凯歌，接连消灭了袁绍、吕布等割据势力，壮大了自己的力量;再加上挟天子以令诸侯，身为丞相的曹操早就开始飘飘然了，仿佛整个天下尽在他的掌握之中。
当他率领大军来到长江边后，根本不把孙刘联军放在眼里，在战斗之前就已经开始盘算胜利后在江东如何享乐，没有像此前官渡之战时那样殚精竭虑地钻研战略战术，也没有精心安排细作到江东去探听军情，并且疏于防范，屡次让周瑜的耳目混进军营刺探消息。可以说在这场战争中曹操非但不清楚对方的情况，也不太了解自己的处境。兵法有云：不知己，不知彼，每战必败。曹操当然也没能逃脱前人的经验总结。
以上的原因可以为火攻提供一个很好的条件，但是曹操兵败赤壁的主因是“火攻”吗?历史还有待进一步考证，与此同时，很多人还提出了一个可能，那就是疾病。
在罗贯中的《三国演义》中也对此有所描述，称曹军在江北驻扎不久，就因为将士水土不服，多身患疾病，战斗力直线下降。在《三国志·周瑜传》中也有曹军患疾的记载：“时，曹公军众已有疾病，初一交战，公军败退，引次江北。”显然在赤壁大战之前，曹操的众多军士就已病倒。在《三国志·武帝纪》中也称是一场瘟疫导致曹军“吏士多死者”。由各种记载可说明，疾病是造成这次失败的重要原因。《三国志·先主传》、《三国志·吴书·吴主传》也有类似的记载。
试想一下，一个曾经打胜过两次历史上有名的以少胜多战役——兖州之战、官渡之战的曹操会如此轻松地被人打败吗?就算此时的曹操已有骄气，就算周瑜智慧过人，但是毕竟曹操还是个相当难缠的对手，他想一统中国，面对吴蜀联军他会如此掉以轻心吗?众多疑惑使越来越多的人开始怀疑赤壁之战究竟是周瑜用火攻战胜了曹操还是疾病战胜了曹操?
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在陈寿的《三国志·魏书·武帝纪》中叙述赤壁之战时，他并未提及“火攻”这件事。而是说曹军遇到了瘟疫，导致士兵大部分死亡，曹操才不得已领兵撤退的。而在《三国志·吴书·吴主传》中甚至说曹操是自己烧掉剩余的战船带军撤回的。赤壁之战后曹操兵败“十分气愤”，曾写信给孙权称是他自己烧掉了战船，反倒将好名声留给了周瑜。
面对这些记载，越来越多的人开始相信曹操之所以会失败，是因为军队遭遇了可怕的瘟疫或其他疾病，才导致战斗力丧失，让吴军有机可乘的。而根据后世人的分析，这种疾病很可能是血吸虫病。理由有以下几点：第一，我国古代早已存在血吸虫病，在7世纪初的《诸病源候论》中也有关于血吸虫病的记载。而两湖一代很早就是血吸虫病的高发区，在出土于1973年的长沙马王堆一号墓中的女尸肠壁及肝脏组织中，研究人员就发现了大量血吸虫卵。那么曹军驻扎在赤壁一带，兵士发生血吸虫病就更不足为奇了。
第二，赤壁之战前，曹军迁徙的时间与血吸虫病的易感染季节也正好相符。秋季是血吸虫病流行的季节，而此时的曹军正好迁徙到此处，驻扎为营并开始在水中大规模地训练水军，为向孙刘联军发动攻击作准备。血吸虫在人体中的潜伏期通常为一个月，在一个月前他们还能大败刘军，但一个月后冬季来临，两军进入决战状态时，那些被感染的士兵开始出现急性症状。病痛折磨着曹军，使号称八十几万的曹军溃不成军，不堪一击。
但同时也有相关学者提出了针对血吸虫病的疑问，首先他们指出，同样参加赤壁之战，唯独曹军被血吸虫感染了，为何吴军却没有呢?仅仅用免疫力就能说明这一点吗?他们还相继提出了针对以上理由的反驳。
反对者首先指出，曹操是在邺而不是在疫区江陵训练水军的，而邺并不是血吸虫病疫区，感染的可能性不是很大。其次在潜伏期上，反对者也指出，血吸虫病的潜伏期一般在一个月左右，少数在两个月以上，但潜伏期越长，发病的症状也就越轻。因此他们认为，即使曹军是在秋季患上了血吸虫病，那么等到大战爆发前的冬季才发病的曹军症状应该相对较轻，而不至于毫无抵抗力。
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对历史上确实有曹操烧船退军一事的记载，他们也指出了错误之处。因为烧船的地点不在赤壁而在巴丘，时间不在赤壁大战时，而在曹军兵败退到巴丘时。对于提出的免疫力问题，反对者也作出了解释，说曹操的水军大部分是居于血吸虫病流行区的湖北人，跟孙刘联军的免疫力没有什么差别;除此之外，补充给曹操的刘璋军队也是来自疫区四川的士卒。所以，孙刘联军在免疫能力上与曹军没有高低强弱的分别，因此也就不存在只有曹军患血吸虫病的可能了。
历史总喜欢给人留下众多疑惑，或许真相并没有那么复杂，只是人们太爱去追寻所谓的根源了。
不管怎样，曹操在赤壁大战中大败是不争的事实，而吴军的确利用了火攻也是不争的事实。当人们站在惊涛拍岸的赤壁之上，想到的应该是周瑜的羽扇纶巾，是火烧战船、战马嘶鸣那壮阔宏伟的战场。历史留给了我们疑惑，但同样也留给了我们真实。