战前准备
朱元璋分析了当时的形势和自己的处境，认为张士诚专意保守现有地区，不足为虑；而陈友谅正在扩张势力，又轻骄喜功。如先攻张士诚，陈友谅必全力来救，将陷入两面作战的不利境地。因此，决定集中主力先打陈友谅，而对张士诚则采取守势，控制江阴、常州、宜兴、长兴、吉安等战略要点，阻止张军向西发展，并拉拢方国珍，借以牵制张士诚，稳定侧后，减少东顾之忧。正当朱元璋准备攻打陈友谅之际，陈友谅也在积极筹划消灭朱元璋。
引诱陈友谅
至正二十年（1360年）闰五月初一，陈友谅率水军10万越过朱军占据的池州（今安徽贵池），攻占太平，夺取采石，并派人和张士诚联系，企图上下夹击，一举吞灭朱元璋。
朱元璋决定利用应天城池坚固、地形复杂的有利条件，防止张士诚乘机袭击、陷入两面受敌的困境，又针对陈友谅求战心切、骄傲轻敌的心理，采取诱敌深入、设伏聚歼的方针，诱使陈军巨舰由大江深入较狭窄的新河，舍舟登岸，以扬己之长，迫使陈军舍长用短。
为了诱使陈军速来，朱元璋让陈友谅的老友、元朝降将康茂才写信向陈友谅诈降，表示愿为内应，并约定在江东桥（今南京江东门附近）会合，以呼“老康”为暗号。与此同时，朱元璋根据应天的地形条件作了如下部署：常遇春等率兵3万埋伏于石灰山（今南京幕府山）侧；徐达等率兵列阵于南门外；赵德胜率兵横跨新河（今南京城西南）驻虎口城；杨璟驻兵大胜港（今南京城西南15里）；张德胜等率水师出龙江关（今南京兴中门外）；朱元璋自率主力埋伏于卢龙山（今南京狮子山）。并派胡大海自婺州、衢州率兵西攻信州（今江西上饶），威胁陈友谅侧后，进行牵制。
轻敌的陈友谅接到康茂才的信后，信以为真，不待张士诚答复，便于五月初十率军自采石进抵大胜港。待到江东桥连呼“老康”不应，方知受骗，仓促派万人登陆立栅。
突然袭击
朱元璋看到陈军进入伏击圈，乘其登岸立足未稳之际，发出信号，伏兵四起，水陆夹击，陈军大乱，争相登舟而逃。时值退潮，陈军巨舰搁浅，士卒被杀和落水而死者甚多，另有2万余人被俘。陈友谅遗弃巨舰100余艘，乘小舟逃回江州（今江西九江）。朱元璋挥军乘胜追击，夺回安庆、太平，又继续取得信州、袁州（今江西宜春）等地。陈友谅自应天之战失败后，内部矛盾激化，朱元璋乘其内顾不暇，不断向西推进，仅仅一年间，就攻占了蕲州、黄州、兴国、黄梅、广济、乐平、抚州等地，收编龙兴（即洪都，今南昌）守军，连下瑞州、吉安和临江（今江西清江县），实力大大增强，控制区迅速扩展。
至正二十三年（1363年）二月，张士诚派兵围攻小明王的最后据点安丰。小明王向朱元璋告急求援。安丰是应天的屏障，救安丰即是保应天，朱元璋于是于三月率兵渡江救援安丰。四月，陈友谅乘朱军主力救援安丰，江南空虚之机，以号称60万的水陆大军于十一日围攻洪都，占领吉安、临江、无为州。洪都地处赣北平原，位于赣江下游，由赣江向北经鄱阳湖与长江相连，军事地位甚为重要。
陈军登陆后，用各种攻城器械从四面八方向洪都城发起猛攻。守城朱军浴血奋战，死守洪都，坚持月余。此时，朱元璋已回到应天，但主力仍由徐达率领正在围攻庐州。当朱元璋获悉陈友谅全军出动围攻洪都而未直取应天，并悉江水日涸，不利陈军巨舰行动，以及陈军缺粮，士卒多死等消息后，认为这正是消灭陈友谅的大好时机。遂一面命洪都守军再坚守一月，疲惫陈军，争取时间；一面命徐达撤庐州之围，回师应天。
七月初六，朱元璋亲率水军20万，往救洪都。十六日进抵江西湖口。首先派兵守住泾江口（今安徽宿松南），另派一军屯于南湖嘴（今江西湖口西北），切断陈友谅归路；又派兵扼守武阳渡（今江西南昌县东），以防陈军逃跑；朱元璋则亲率水师由松门（今江西都昌南）进入鄱阳湖，形成关门打狗之势。
鄱阳湖决战
陈友谅听说朱元璋大军来援，即撤洪都之围，东出鄱阳湖迎战。一场规模空前激烈异常的生死大决战，就此在鄱阳湖面展开。
二十日，两军在康郎山（今江西鄱阳湖内）湖面遭遇。时陈军巨舰联结布阵，展开数十里，“望之如山”，气势夺人。朱元璋针对其巨舰首尾连接，不利进退，将己方舰船分为20队，每队都配备大小火炮、火铳、火箭、火蒺藜、大小火枪、神机箭和弓弩，下令各队接近敌舰时，先发火器，次用弓弩，靠近敌舰时再用短兵器进行格斗。
次日，双方展开激战。朱军大将徐达身先士卒，率舰队勇猛冲击，击败陈军前锋，毙敌1500人，缴获巨舰一艘。俞通海乘风发炮，焚毁陈军20余艘舰船，陈军被杀和淹死者甚众。但朱军伤亡也不少，尤其是朱元璋座舰搁浅被围，险遭不测。战斗呈胶着状态。从早晨至日暮，双方鸣金收兵，战斗告一段落，双方互有伤亡，不分胜负。
二十二日，朱元璋亲自率领水师出战。但陈舰巨大，朱军舰小不能仰攻，接连受挫。这时朱元璋及时采纳了部将郭兴建议，决定改用火攻破敌。黄昏时分湖面上吹起东北风，朱元璋选择勇敢士兵驾驶7艘渔船，船上装满火药柴薪，迫近敌舰，顺风放火，风急火烈，迅速蔓延。一时烈焰飞腾，湖水尽赤，转瞬之间烧毁陈军数百艘巨舰，陈军死伤过半，陈友谅的两个兄弟及大将陈普略均被烧死。朱元璋挥军乘势发起猛攻，又毙敌2000余人。
二十三日，双方又有交锋，陈友谅瞅准朱元璋旗舰展开猛攻。朱元璋刚刚移往他舰，原舰便被陈军击碎。
二十四日，俞通海等人率领6舰突入陈军舰队，勇敢驰骋，势如游龙，如入无人之境。朱军士气大振，发起猛烈攻击。最后，陈军不支败退，遗弃的旗鼓器仗，浮蔽湖面。陈友谅只得收拢残部，转为防御，不敢再战。当天晚上，朱元璋乘胜进扼左蠡（今江西都昌西北），控制江水上游，陈友谅亦退保诸矶（今江西星子南）。两军相持3天，陈军屡战屡败，形势渐越不利。陈友谅两员大将见大势已去，于是投降了朱元璋，陈军内部军心动摇，力量更加削弱。陈友谅又气又恼，下令把抓到的俘虏全部杀掉以泄愤。而朱元璋却反其道而行之，将俘虏全部送还，并悼死医伤，瓦解陈军士气，从而大得人心。陈军内部分崩离析，士气更加低落。朱元璋判断陈军可能突围退入长江，乃移军湖口，在长江南北两岸设置木栅，置大舟火筏于江中，又派兵夺取蕲州、兴国，控制长江上游，堵敌归路，待机歼敌。
经过1个多月的对峙，陈友谅被困湖中，军粮殆尽，计穷力竭。于是孤注一掷，冒死突围。
八月二十六日，由南湖嘴突围，企图进入长江退回武昌。行至江西湖口时，朱军以舟师、火筏四面猛攻，陈军无法前进，复走泾江，又遭傅友德伏兵阻击，左冲右突，打不开生路，陈友谅中箭而死，军队溃败，5万余人投降。“友德操轻舟荡其锋，身被数创，战益力，手杀数百人，复与诸将遨击邀于泾江口（今安徽宿松南），陈友谅败死。
陈友谅失败
至正二十四年（1364年）二月，朱元璋攻下武昌，陈友谅的儿子陈理投降，朱元璋的势力扩大到原陈友谅的所属地区。
此次水战，从七月二十日开始到八月二十六日结束，前后历时37天，其时间之长、规模之大，投入兵力、舰只之多、战斗之激烈都是空前的。
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