武王出师前占卜吉凶，结果得兆不详，一向迷信的人们开始有些动摇。姜尚偏重人事，而轻枯草朽骨（指占卜用的蓍草和龟甲）之验，力劝武王勿失良机。他说：“顺天之道未必吉，逆之未必凶。若失人事，则三军败亡，且天道鬼神，视之不见，听之不闻。智者将不以为法，愚者将拘泥之。若乃好贤而能用，举贤而得时，则不看时日而得时，则不看时日而事利，不假（借）卜筮而事吉，不祷祀而福从。”武王奋然而起，遍告诸侯：“商纣犯下滔天大罪，天地共诛！”遂以姜尚为主帅，统领兵车三百乘、虎贲（猛士）三千员、甲士四万五千人，出兵东征。
周军行至中途，屡遇暴雨狂风、雷电交加的天气，甚至抜树毁屋，折旗毁乘。姜尚见上下交互不安，就把虚无飘渺的天地鬼神，来推行人事，理直气壮地打出吊民伐罪的旗号。
在这一方有难，八方响应的鼎沸之际，周军的东进使各地诸侯纷纷前来会师，诸侯庸（今湖北竹山）、蜀（在今川西、陕西）、羌（散居甘肃等地）、髳（今湖北平陆）、微（今陕西眉县）、泸（今湖北襄樊西南）、彭（今湖北房县）、濮（在今川东、鄂西）等族的部众，也都随机加入其中。周军前歌后舞，士气高涨。十二月，就从孟津渡过黄河，直扑商都朝歌。
正月甲子日清晨，周军与诸侯兵到达商郊牧野（今河南汲县），离朝歌七十里。在这里，武王召开了被史册称之为“牧誓”的誓师大会，历数纣王听信妇言、不祭祖宗、不认亲族、召集四方罪人和逃亡奴隶等罪行，此举意在激起人神公愤，号召从征各国同仇敌忾。
会后，周及各路诸侯陈兵于牧野，引商军出都决战。此时，商纣王的大军却陷于侵略东南方的夷人之地，无法分身。骤闻大敌压境，商纣只得临时驱使十七万（一说七十万）奴隶和战俘仓促应战。姜尚亲自为前锋，率虎贲和兵车冲击商军。商军虽多，却无斗志，居然阵前倒戈，引导周军杀向朝歌。纣王见大势已去，恍然登上鹿台，蒙衣自焚而死。在中国历史上存在五百余年（一说六百年）的奴隶制国家，至此灭亡。这一站就是历史上著名的“牧野之战”。
纣王死后的第二天，周武王与姜尚等就召集众人庆祝成功，并将伐纣义举上告天神。然后，散发鹿台所积之钱，发放巨桥所囤之粟，来赈济民众；封比干之墓，释箕子之囚，表商容之闾（巷门），用以取悦殷商贵族；斩纣王宠妃妲己，遣散后宫，来表示体恤民情，安抚民心。在取得军事上的决定性胜利之后，又接着展开这般强大的政治攻势，足令殷商臣民心悦诚服地归顺周王。人们欣喜地称颂说：“周王对于仁人，死者尚能封其墓，何况对于生者！周王对于贤人，逃者尚能表彰其闾，何况对于存者！周王对于财物，早先集聚起来的还要散发下去，岂能重行征敛！周王对与女色，已入宫的都要归送父母，岂能再事搜选！”
周军在占领朝歌后继续四处出击，征伐殷商的盟邦，基本上控制了原先商王朝统治的主要地区。同年四月，正式建立了周王朝。