第四阶段，陆逊追击刘备，收复夷陵西部边界。由于刘备中军撤退较快，退到马鞍山据守，陆逊集中兵力追击刘备主力，歼灭万余人。刘备趁夜突出重围，后卫将军傅彤战死。刘备只剩少量兵力逃奔秭归，在险道上焚烧铠甲阻塞吴军追赶，侥幸逃回西川。史书记载蜀汉军"舟船器械，水步军资，一时略尽，尸骸漂流，塞江而下"，可见失败之惨。吴军获胜后，诸将这才对陆逊大为佩服。孙权加拜陆逊为辅国将军，领荆州牧，改封为江陵候。
刘备逃往白帝城，东吴部将徐盛、潘璋、宋谦都上书要乘机入川。孙权征询陆逊的看法，陆逊与朱然、骆统都以为"曹丕大合士众。外托助国讨备，内实有奸心，谨决计辄还"。陆逊为防曹魏乘机袭吴，仅派李异、刘珂部追至南山（今秭归县南岸山，原本二人就驻守在益州与荆州的交界，算是收复失地）。而黄权被吴军截断入川归路，被迫降魏。黄权家眷仍在蜀汉，儿子黄崇后来依然对蜀汉忠心耿耿，与诸葛亮子孙诸葛瞻、诸葛尚抗击邓艾战死绵竹。
刘备对夷陵之战的失败十分惭恚，刚刚略有中兴气象的蜀汉锐气尽失，积累数年的精锐兵力消耗殆尽。当时的蜀汉，除了出征五万左右精锐外，唯有留守汉中的兵力较多，益州南部要冲有少许兵力，伐吴这五万占全部蜀汉兵力三分之一还多，当然诸葛亮一直在招兵和训练新军。之后，刘备连返回成都重新振作的勇气都没有了，将白帝城改名为永安，很快于次年四月病亡，享年六十三岁。
前面比较细致回顾了夷陵战役的经过和双方的战略战术步骤，总结客观事实，首先就要澄清的是刘备在军事上究竟有多大失误？
既然可以排除刘备这次亲征并非一时冲动，是关系到夺回荆州振兴汉室的积极战略，若无荆州这一要冲之地，蜀汉便无法有效实现北伐大计（可以联系后面诸葛亮十分窘迫的北伐）。就连十分看重联合孙权的诸葛亮对此行动也没有表示什么反对意见，就算诸葛亮是面上不便反对，但实际他也抱有侥幸心态。就是说，刘备当真能夺回荆州固然很好，即便无法全部夺回，能占据部分险要地盘也算对蜀汉大局形势有利。
