这一次西征，孙权志在必得，故事先在军事上作了周密的准备工作。他派出多批间谍人员，打探黄祖方面的军事情报，所以在出征之前，他对敌方状况已经了如指掌。黄祖两次失利之后，知道自己的水军弱于孙权，在长江之上难以与对方争一日之雄长，便把防务的重点放在陆地上。考虑到江夏郡郡治西陵的城墙矮小，又远离长江，作为陆地防御的中心很不适合，因此黄祖毅然把自己驻防之地从西陵移至沔口。沔口即现今湖北省武汉市汉水汇入长江之处，因汉水当时又称沔水而得名。它南临长江，傍依沔水，地势高峻，易守难攻。黄祖移驻沔口后，即加固城墙，广筑战垒。他见沔口城西地势较为平缓，来敌由此易于攻城，便在沔水入长江之水口处，设置了两只蒙冲大舰，以防敌人水军由此进入沔水后在城西登陆进攻。这蒙冲大舰船体高大，四周以品质厚木作成装甲，装甲板上开有射箭孔，舰上的五百弓箭手可同时发射强弩，真可谓水上堡垒。经过这一番布置，黄祖自以为沔口固若金汤。

孙权针对沔口布防的特点，拟订了一个声东击西、出奇制胜的进攻方案。他把出征军队分为前后二部。前部一万人由周瑜统领，属下先锋官两名：一名是前面已经提到的青年将军凌统，另一名是勇将董袭，此二人都以擅长水战而闻名全军。前部兵士多带鼓角旗帜，其主要任务是突入沔水，在沔口城西登陆后发起佯攻，尽量吸引城中守军的注意力。后部一万五千人则由孙权自任主帅，其任务是趁沔口守敌注意防备西面之机，从城东突袭沔口。登城先锋官也是两名：一名是熟悉敌军内部状况的降将甘宁，另一名是智勇兼备的青年军官吕蒙。吕蒙字子明，汝南富陂人氏，他是对孙权向外发展起过重大作用的人物，这在后文将要详述。甘宁投奔孙权后，即与吕蒙结为至交。孙权令二人为登城先锋，正是取其能相互密切配合。

布置妥当，孙权即率大军逶迤西上，径取沔口。不数日，前哨来报，沔口在望。孙权命全军在距沔口十里处抛锚落帆，立营安歇。次日，孙权大飨士卒，命令各营做好战斗准备。待到下午申时红日西斜之际，孙权见时机已到，便下令前部发起进攻。咚咚咚三通战鼓响，前军主将周瑜麾下的五百只战船，载着一万健儿直奔沔水而去。黄祖站在沔口城头，见敌军满江征帆云集城西，自信地一笑，随即令城内守军加强西面的防备。

周瑜的前部一接近沔水水口，那两只蒙冲大舰上就飞来一阵又一阵的箭雨，冲在最前面的船上兵士纷纷中箭落水。前部先锋官凌统和董袭大怒，二人耳语一阵，提刀各上一船。这两艘战船是事先准备好的冲锋舟，船体轻小，四周以生牛皮两层作为防箭外壳，内藏手持短刀的勇士三十名。二人上船之后，大吼一声，鼓棹如飞，驶向两艘蒙冲大舰之间的狭窄水道。大舰上的弓箭手迎着来船又是一阵猛射，但是那箭一触牛皮，便弹落水中。说时迟，那时快，两只冲锋舟一前一后闯过狭窄水道，分别靠近两艘蒙冲大舰的舰尾岸边。凌统在西，董袭在东。二人各率三十名快刀手上岸，直奔蒙冲大舰系在岸畔的缆索。一阵猛砍过后，十余条杯口粗的缆索全部被斩断。待到蒙冲大舰上的弓箭手醒悟过来，两舰已经漂下长江去了。

周瑜见沔水水口洞开，便指挥战船拥入沔水，停靠东岸。这时，正是夕阳西下时分，残照如血。上万健儿在沔口城西列队结阵，发动佯攻。黄祖见西面鼓角动地，旗帜蔽天，敌军蜂拥而至，心中暗叫一声："不好！"连忙把城内大部分守军调到西门御敌。

在沔口东面长江上静候佳音的孙权，听说前部兵马已在城西接战，立即命令后部开始行动。先锋官甘宁与吕蒙得令后，趁着朦胧夜色，各率两千敢死队员悄悄接近了沔口东门。到得城下，搭起云梯，百余名健儿在吕蒙的指挥下首先登上城墙。经过一场白刃战，吕蒙率队占领城门，并且开门迎入自己的部队。黄祖部将陈就一听东门失守，急忙率军抵挡。他与吕蒙刚刚交手，就被甘宁一箭射中右肩，落下马来。吕蒙策马上前，一刀将其砍死。陈就部下千余人随即溃散。

正在西城坐镇指挥的黄祖，见东门火起，杀声震天，自知不妙。他长叹一声，带着儿子和几个贴身随从，悄悄上马来到北门，开门径向襄阳逃去。黄祖一走，部下万余守军在孙权大军的围攻之下，纷纷弃械投降。吕蒙从降卒口中得知黄祖逃往襄阳，马上点起二百名骑兵，去追赶黄祖。黎明时分，吕蒙一行在安陆县(今湖北云梦县)地界追上黄祖等人。黄祖见无路可走，遂举剑自刎而死。

这一场激战，以孙权大获全胜而告终。从地盘上说，孙权的统治范围已从长江下游扩展到了中游。从有生力量上说，孙权得到了江夏的居民数万人，还收纳了投降兵士近万名，实力明显增强。从个人名誉上说，孙权终于报了杀父之仇，可以吐气扬眉。但是，孙权还来不及自我陶醉一番，对他的另一场更为严峻的考验又开始了。

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