蔡文姬为人博学多才而又精通音律，早期嫁给河东卫仲道，卫仲道早亡，二人又没有子嗣，于是蔡琰回到自己家里。
兴平二年（195年），中原先后有董卓、李傕等作乱关中，属国南匈奴趁机叛乱劫掠，蔡琰被匈奴左贤王掳走。蔡琰在北方生活了有十二年之久，并生下两个孩子。
建安十一年（207年），曹操向来喜爱文学、书法，常与蔡琰的父亲蔡邕有文学、书法上的交流。曹操见蔡邕没有子嗣，用金璧从南匈奴那里将蔡琰赎回来，并将蔡琰嫁给董祀。
而后董祀犯了死罪，蔡琰去找曹操给董祀求情。当时曹操正在宴请公卿名士，对满堂宾客说：“蔡邕的女儿在外面，今天让大家见一见。”蔡琰披散着头发光着脚，叩头请罪，说话条理清晰，情感酸楚哀痛，满堂宾客都为之动容。但曹操却说：“可是降罪的文书已经发出去了，怎么办？”蔡琰说：“你马厩里的好马成千上万，勇猛的士卒不可胜数，还吝惜一匹快马来拯救一条垂死的生命吗？”曹操终于被蔡文姬感动，赦免了董祀。
蔡琰为丈夫董祀求情时，天气非常寒冷，曹操见蔡琰没有穿鞋又披散着头发，于是赠给蔡琰头巾鞋子袜子。
曹操又问蔡琰：“听说你家原来有很多古籍，现在还能想起来吗？”蔡琰说：“当初父亲留给我的书籍有四千余卷，但因为战乱流离失所，保存下来的很少，现在我能记下的，只有四百余篇。”曹操说：“我派十个人陪夫人写下来，可以吗？”蔡琰说：“男女授受不亲，给我纸笔，我一个人写给你就是。”于是蔡琰将自己所记下的古籍内容写下来送给曹操，没有一点错误。
蔡琰回家后，伤感悲愤之余作《悲愤诗》二首。此后再无蔡琰相关记载，卒年不详。
蔡琰归汉后，作有《悲愤诗》两首，一首为五言体，一首为骚体。[7]其中五言的那首侧重于“感伤乱离”，是一首以情纬事的叙事诗，是中国诗歌史上第一首文人创作的自传体长篇叙事诗。清代诗论家张玉谷曾作诗称赞蔡琰的五言诗：“文姬才欲压文君，《悲愤》长篇洵大文。老杜固宗曹七步，办香可也及钗裙。”大意是说蔡琰的才华压倒了汉代才女卓文君，曹植和杜甫的五言叙事诗受到了蔡琰的影响。
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