首先，正史中未提及此事。根据《三国志·关羽传》记载，“先主（刘备）与二人寝则同床，恩若兄弟”。我们可以看出，刘关张三人的关系一直都是很好的，这一点我们必须给予肯定。但关羽在回答张辽的问话中，却说：“吾受刘将军厚恩，誓以共死，不可背之。”由这句话，我们可以看出，关羽对刘备的称呼不是“兄长”，而是“刘将军”。
《三国志·张飞传》中也有这样的记载：“张飞，字翼德，涿郡人也，少与羽俱事先主。羽年长数岁，飞兄事之。”从这句话，我们可以看出，张飞对关羽称兄，但对刘备却称先主。这也从另一个侧面反映出刘关张三人并未桃园三结义。
其次，年龄与史*载有差别。《三国演义》中将三人的结拜定为刘备为大哥，关羽是老二，张飞最小。但据史*载，刘备生于公元161年，卒于公元223年，而关羽生年不详，卒于公元220年。据清康熙年间一位名叫朱旦的官员写的一篇《关侯祖墓碑记》的文章中说，关羽生于汉延熹三年（160），据此推断，关羽比刘备大一岁。而据《关公年谱》记载，张飞小刘备四岁。由此可以推算，这三个人中张飞最小，刘备次之，关羽最大。
由此观之，桃园三结义如果为真，又岂会将三人的长幼顺序排列错误呢？所以，刘关张桃园三结义纯属虚构，这仅仅是小说《三国演义》的一种虚构写法而已。
