在定都沣京以后的第二年，周文王就死了。其子发继位，是为周武王。周武王尊太公望为师，由周公旦辅政，又重用召公、毕公等德才兼备的人才掌管军事，继续发展文王开创的事业。而在这时商王朝的政治统治却更加腐朽，商朝内部的社会矛盾和阶级矛盾空前尖锐，在商纣王的带领下，整个商朝统治集团日日纵酒，荒淫无度，引起了广大民众极大的不满。
周武王即位第二年，带领军队到了孟津（一作盟津），与诸侯会盟，检阅军队。武王用车载着周文王的木主，自称“太子发”，他说，我并不是自作主张发动战争，而是奉文王的大命讨伐无道。周武王之所以这样说，主要是为了获得各诸侯国的支持。在誓师大会上，师尚父太公望对前来参加会盟的诸侯下令：你们要整顿好你们的部下和自己的船只，如果有人违犯军令，落在队伍的后面，我就将他们斩首。于是，武王率军自孟津渡过黄河。
孟津会盟实际上是对周国军事力量的一次检阅，据说，当时有八百多个诸侯国不期而至，自愿参加这次会盟。在这次会盟中，与会的诸侯国都表示，商纣王无道，应该对他进行讨伐。然而，周武王却说：你们不知道，现在上天还没有授予我们灭商的大命。然后，班师回朝，停止了这次军事行动。
在孟津会盟的时候，各诸侯国对周武王的支持，使周武王进一步坚定了灭商的决心。但周武王认为这时灭商的时机还没有最后成熟，所以，没有立即与商纣王展开决战。
周武王自孟津会盟回师以后，继续积蓄力量，为与商王朝的最后决战做着各方面的准备。又过了两年时间，这时商王朝的统治却愈来愈昏暗暴虐。在商王朝的统治集团内部，一些有见识的人如微子、箕子和王子比干等人，为了使商王朝逃脱灭亡的命运，向商纣王反复进谏，但是，比干反而被杀，箕子被囚为奴，微子见势不妙逃出了商都，商朝管理音乐的官员太师疵、少师强携带着乐器投奔到周国。商纣王已经陷于众叛亲离的境地，周灭商的时机终于成熟了。
于是，周武王向臣服于周国的诸侯发布命令说：商朝已经犯下了重罪，对他们不能不进行讨伐。于是，周武王率领戎车三百乘，虎贲三千人，甲士四万五千人，联合了庸、蜀、羌、髳、微、卢、彭、濮等诸侯国的军队，向东进发，与商王朝展开了最后的决战。
在武王十一年十二月戊午那一天，周武王带着军队渡过了孟津，其他诸侯国的军队也相继到了这里与周武王会合。
周武王率领军队一路向东进发，没有遇到什么抵抗，所过之处，势如破竹。在第二年二月甲子日那一天早晨，周国的军队到了商郊牧野，这里距商纣王的都城朝歌只有七十里了。这时一直沉湎于酒色之中的商纣王才得到消息，连忙停止了歌舞，撤去了酒席，与朝中的百官商议调动军队前来抵抗周国的军队。可是，这时，商朝的主力军队正在东南战场上与东夷人作战，勿忙之间根本调不回来。百般无奈，商纣王只得临时征集了七十万人到牧野抵抗周武王。在商纣王征集的七十万人之中，有社会底层的劳动大众，也有相当一些是征讨东夷战争中虏获的战俘，这些乌合之众，其战斗力就可想而知了。
双方决战在即，周武王在牧野前线举行了誓师大会。周武王左手拿着黄钺，右手拿着用于指挥军队的白色的旗子，对部下的将士们说：我们尊敬的友邦的国君和诸位官员、将士们，举起你们的戈，排好你们的盾，立好你们的矛，我要在这里进行誓师。
周武王说：古人说过，牝鸡不能司晨，如果牝鸡司晨，这个家庭就得败亡。现在，商纣王只是听信妇人的话，放弃了对祖先的祭祀，昏庸无道，对自己同宗的长辈或兄弟不肯信任，反而信任那些逃亡的罪人，让他们残酷地虐待百姓。商纣王信用的那些大臣们，在国都里任意犯法作乱，我遵照上天的意志，对商纣王进行讨伐。在今天的战斗中，你们要在前进的时候，每走过六步、七步就停下来，把队伍整顿一下，在与敌人搏斗时候，每刺杀五次、六次、七次，就停下来把队伍整顿齐整，我英勇的战士们，你们像虎豹熊罴一样地勇猛，我们要在商郊牧野大战一场。如果你们不努力作战，我就要惩罚你们。
这时，周国的军队和其他盟国的军队已经多达兵车四千乘，誓师完毕，周武王让师尚父带领一百个勇猛善战的士兵为先锋冲击商朝军队的阵地，这一百个士兵在师尚父的带领下，从左侧冲进商军的阵地，又从右侧回到自己的阵地，初战告捷，全军上下士气大振。随后，周武王又派戎车三百五十乘、虎贲三千人、士卒二万六千二百人向商纣王的军队发起了猛攻。这时，虽然商朝的军队在数量上远远超过了周国的军队，但是，由于商纣王的残暴统治已经引起了民众的普遍不满，商朝军队中的将士不仅不肯为纣王作战，相反，却都希望周武王早一些攻下商朝的王都。于是，商朝军队中的士兵都纷纷倒戈相向，配合周军进攻商纣王。看到自己的部下众叛亲离，商纣王连夜逃回王都，登上鹿台，纵火自焚而死。商王朝自此灭亡。
周武王手持大白旗，率领着周国和盟国的军队进入了商朝的王都，商王朝统治下的民众都拥到郊外去迎候武王，周武王到了商纣王自杀的地方，斩下商纣王的首级，悬挂在大白旗上示众。然后，又让召公前去释放了被商纣王囚禁的箕子，派毕公释放了被商纣王囚禁在狱中的百姓，褒奖了名士商容居住的乡闾，派南宫括把商纣王保存在鹿台、钜桥的财物、粮食散发给穷苦的民众，又派人在王子比干的墓上种上了树。周武王的这些做法，深深赢得了民众的拥戴。
武王在攻克商朝王都以后，又分兵四出，讨伐商朝在全国各地的盟国，据说，在当时，向武王臣服的方国共有六百五十二个，其中，通过武力征服的方国有九十九个。周王朝基本控制了原来商朝的统治地区。这一年四月，周武王返回了周国的都城。
周武王虽然推翻了商王朝的统治，占有了商王朝的统治地区，但是，由于周人原来是居住于西方的一个小国，在取代了商王朝的统治地位以后，如何稳固地实现对于广大的东方地区的统治，成为摆在周王朝统治者面前的一个难题。对此，周王朝内部也曾有过不同的意见；师尚父提出，要把商朝的遗民全部杀掉，以便消除隐患；召公则主张对商朝的遗民区别对待，有罪者杀，无罪者活；周公则认为，对商朝的遗民既要用武力监督，又要注意笼络商朝遗民的人心，取得这些商朝遗民的支持。于是，周武王采纳了周公的办法，封商纣王的儿子禄父（即武庚）为商纣王的继承人，留在商朝的王都，周朝通过他来控制商朝王都中的遗民。然后，又委派武王的弟弟管叔鲜、蔡叔度和霍叔处留在商朝的都城监督武庚，史称“三监”。这样，实际上是把原来周国与商王朝的关系颠倒过来了，原来作为统治者的商王朝，现在变成了周王朝的属国。
关于周灭商的时间，根据历史记载，有人考证是公元前1066年，也有人推算为公元前1027年，无论哪一种说法更为准确，但是，周灭商都是公元前十一世纪的一个重大的历史事件。它标志着一个残暴腐朽的专制王朝的结束，另一方面，也意味着华夏族进入了一个新的历史时代。
