东汉末年，汉室幼主难当大局，朝廷中曹操（张丰毅 饰）独断专行，挟天子以令诸侯，大夫孔融（王庆祥 饰）誓死直谏，结果落得给曹兵祭旗。原来曹操决心已定，欲剿灭刘备（尤勇 饰）、孙权（张震 饰）等江南反贼，一统天下。长坂坡一战后，刘备在军师诸葛亮（金城武 饰）辅佐之下，率结义 弟兄关羽、张飞（臧金生 饰）、赵云（胡军 饰）等，带领难民且战且退，最后只得求助于江东孙权。对于抗曹之事，孙权亦正犹豫不决。但大都督周瑜（梁朝伟 饰）与其妹孙尚香均力挺其出战，眼看大兵压境，孙刘联盟方现雏形。诸葛亮观周瑜严明治军，旗下大将甘兴（中村狮童 饰）身先士卒，颇感欣慰。此刻突然传来军中箭弩严重缺乏，孔明不顾鲁肃（侯勇 饰）好心劝阻，甘愿立下军令状，谋求箭弩……

八卦阵一战，孙刘联军力挫曹兵之锐气。曹操（张丰毅 饰）为此忧心忡忡，加之北方将士因水土不服，死伤过重，更令其头风病发作，幸得侍女骊姬（小宋佳 饰）陪伴照顾。孙尚香（赵薇 饰）易容潜入曹营，借士官长（佟大为 饰）垂青，窃取军情。为了适应水战，曹操采纳荆州降将蔡瑁、张允的意见，将战船用铁锁相连。此后，曹操帐下谋士蒋干（师小红 饰）主动请缨前去拜访故友周瑜（梁朝伟 饰）刺探虚实。周瑜将计就计，假借酒醉泄露军机，让蒋干带回假情报，曹操一怒之下误杀了蔡瑁张允。曹操将因瘟疫致死的将士尸体投入江水，名曰“鬼兵”，意欲扰乱孙刘联盟之军心，小乔（林志玲 饰）见此情景，遂决定夜探曹营，劝其退兵。眼看万事具备，但是风向不对，周瑜遂派鲁肃（侯勇 饰）找诸葛亮（金城武 饰）寻助……

段小楼（张丰毅 饰）与程蝶衣（张国荣 饰）是打小儿一起长大的师兄弟，两人一个演净，一个饰旦，配合天衣无缝，一出《霸王别姬》更是誉满京城。为此，两人约定合演一辈子《霸王别姬》。但两人对戏剧与人生关系的理解有着本质的不同，段小楼深知戏非人生，程蝶衣则是人戏不分。
段小楼在认为该成家立业之时迎娶了名妓菊仙（巩俐 饰），程蝶衣认定菊仙是勾引了段小楼，使段小楼做了叛徒。自此，三人围绕一出《霸王别姬》生出的爱恨情仇随着时代风云的变迁不断升级，终酿成悲剧。