姬发知道灭商的时机已经成熟，于是向四方诸侯宣告说：“殷有重罪，不可不合力讨伐。”召集诸侯共同伐商。
公元前1046年十二月（商朝的十二月，周朝的一月），姬发率领300辆战车，精选的3000名虎贲之士，45000名甲胄之士，向东进发。十二月下旬，周国军队全部到达盟津渡口，与赶来会师的八个国家一起盟誓。这八个国家分别是庸国（位于今陕西省安康市到湖北省十堰市房县、竹山县一带，公元前611年被楚庄王所灭）、蜀国（今四川CD、广元、重庆市奉节县一带，公元前316年被秦惠王派张仪、司马错伐灭）、羌族（今甘肃省定西市岷县、甘南州临潭县一带，后大部纳入秦国版图）、髳国（今重庆市巴南区一带，后来被古蜀国所并）、微国（今陕西宝鸡市眉县境内，跟随西周灭商，灭商后不久遭到周朝打压，被迫迁入湖北省十堰市竹山县一带）、卢国（今湖北西北部，与彭国毗邻）、彭国（今河南省南阳市一带，春秋初年被楚国所灭）、濮国（今湖北省荆州市石首市一带）等国诸侯进行了会师。
诸侯们都相互激励说：“这一次我们一定要努力勤勉，不能懈怠。”姬发召集众诸侯召开第一次联盟军事会议，发布了******，名为《太誓》：“殷纣荒淫无道，不修政事，只听妇人之言，残酷对待他的臣民，导致天沸人怨，众叛亲离。他抛弃他祖先美妙高尚的音乐，却每天演奏一些****的曲子，用来取悦他的妃子，所以今天，我姬发必须要恭敬地执行上天对他的惩罚。努力吧，战士们，争取一战就把殷纣消灭，而不是等到第二次，第三次。”之后，姬发率领诸侯联军，于十二月二十八日冒雨东进，从汜地（今河南省郑州市荥阳市汜水镇）渡河北上，至百泉（今河南省新乡市辉县市西北）折而东行，于一月（周朝的二月）初四拂晓到达商都朝歌的郊外牧野（今新乡市卫辉市）。
姬发登上战车，左手拿着黄金斧钺，右手举着白牦牛尾装饰的旗帜，用来指挥联军。姬发进行战前宣誓说：“各位诸侯，以及参加远征的将士们，请举起你们手中的武器，跟我宣誓。古人曾经说过，母鸡不能打鸣报晓，如果它打鸣报晓了国家就会灭亡。现在殷纣唯妇人之言是从，不祭祀他的祖先，疏远他的亲族，只是收留重用一些犯罪后逃亡到商朝来的人，任由他们胡作非为，他残害忠良，他压榨百姓，上天已经愤怒了，于是派我来惩罚他。一定要努力，将士们，你看你们多威武，就像下山的猛虎，就像入海的蛟龙，试问又有谁能战胜你们？你们打败了殷纣的将士，也不要杀死他们，让他们为我西方的人服役。但是你们也要努力作战，如果你们不努力，就会遭受杀戮之刑。”宣誓完毕之后，各诸侯国派兵来会合的战车总共4000乘（如此庞大的兵力，后世有争议），在牧野列开了阵势。
当时商朝的精锐部队都在东夷作战，殷纣惊闻周军来袭，来不及调回精锐，匆忙之中将守卫国都的卫戍部队集合了起来，又把朝歌的奴隶、罪犯等全部释放集结，混编了17万人（一说70万人，这个数目似不可信，因为当时朝歌城中的总人口有多少是要打一个问号的），然后开赴牧野，与周军对阵。
一月初五凌晨，双方军队在牧野相遇。周军布好阵势，姬发在阵前庄严誓师，激励将士。姬发派姜尚和百夫长向商朝军队挑战，用精锐部队迅猛地冲击殷纣的军队。商朝的军队虽然人数众多，但却都没有战心，奴隶们痛恨商朝贵族们平时虐待侮辱他们，都想让周国的军队迅速打败商军。于是在周军发起冲锋之后，奴隶全部掉转武器，纷纷倒戈。殷纣所率的正规军被奴隶反冲，立时乱了阵脚。姬发见状，于是指挥大军全力攻击，殷纣的军队混乱之下自相冲击践踏，很快土崩瓦解。
假如当初殷纣在得知周军前来之时，不要集结这些奴隶，而是只用朝歌的卫戍部队坚守城池，发动城中百姓协助防守并争取时间，或许还会等来征伐东夷大军的回援，最终鹿死谁手或许又是另外一个结果。但这一切只是假设，因为历史根本不可能重演。
殷纣见大势已去，在一些亲兵的保护下，杀开一条血路，逃回了城内。周军哪里肯舍，在后紧追不舍，商都朝歌被攻陷。殷纣不甘受辱，返回王宫登上鹿台，穿上一件珠玉衣，****而死。
姬发手持大白旗带领诸侯进入商都朝歌，城中的百姓都在城郊迎候。他委派大臣向殷商百姓宣告说：“上天为大家赐福！”于是商朝百姓一齐向他再拜稽首，姬发也拜礼答谢。姬发进城来到殷纣****的地方，先是朝他的尸体射了三箭，然后下车用轻剑击刺，并用黄色的斧钺斩下了他的头，挂在大白旗上。姬发又前往殷纣的两个宠妾那里，两个宠妾也都上吊自杀。姬发也射了三箭，用轻剑击刺她们的尸体，然后用黑色的斧钺砍下她们的头，把她们的头挂在小白旗上。
之后，姬发回到了军中。
第二天，诸侯国军队开始清除道路，整修并祭祀社神、稷神以及商纣的宫室。在一个占卜确定的良辰吉日，姬发在周公旦、召公、姜尚、毕公、散宜生、太颠、闳夭等人的保护和簇拥下，举行了盛大的祭祀天地的仪式。姬发登上天子之位，宣布革除殷商的天命，并由周接受上天的命令，开始统治天下。
姬发追谥父亲姬昌为周文王，更改了法度，重新制定了历法。并追尊古公亶父为太王，季历为王季。
