武王即位后，仍任用太公望为国师，又以自己的弟弟周公旦为辅佐，奋发图为，以完成父亲的遗愿为目标，积极为灭商做准备。为了试探诸侯是否齐心，武王先率军攻打孟津。在渡黄河的时候，有白鱼跃到了武王的船中，武王就俯身把它拾起来祭祀主兵的毕星。渡过黄河后，又有火从天空中降下来，到了武王的军帐上，就变成了一只火红的乌鸦，迅速地掠过去了。这时，不期而至的诸侯就有八百。诸侯们都说：“可以讨伐纣王了。”但武王仍认为时机不够成熟，就解散诸侯班师回去了。
又过了两年，纣王昏聩得更加厉害了，杀害了自己的叔父比干，又囚禁了同姓的诸侯箕子。见纣王实在是无药可救了，商的太师疵、少师彊就抱着殷朝的礼乐之器投奔到了周。这时，武王觉得讨伐纣王的时机成熟了，于是遍告诸侯，说：“商王朝有重大的罪孽，大家不可以不齐心协力的讨伐。”
出兵前，武王按照惯例让太史卜了一课，但龟兆和卦象所显示的都不吉利。文武百官正在犹豫，太公望突然扒开人群，大步流星地走上神坛，一把将供在神案上的蓍草和龟壳打翻在地，又抬起脚把滚落在地的龟壳踩得粉碎，斩钉截铁地说：“枯骨死草，哪里知道天命？不要为了这些鬼名堂耽误了我们的正事！出兵！”太公望的做法，正合了武王的心意，于是他抓住时机，赶紧传令三军启程。众诸侯见盟主和国师都无所畏惧，也纷纷振作起来，各自回营安排去了。
武王率领大军一路向东，很快就杀到了洛邑（今河南省洛阳市西）。眼看大军就要渡孟津了，天气突然起了变化，一连下了十多天的雪，武王只好把军队临时驻扎在了洛邑。
有天早晨，天刚蒙蒙亮，不知道从哪里来了五个大夫，坐着高大的马车，身后还跟了两骑威风凛凛的武士，说是要谒见武王。
武王本不想接见他们，太公望却说：“不行，大王一定得见见他们。您看，外面的雪都好几尺深了，可雪地上根本就看不出有马车走过的痕迹，恐怕这几个人的来头不小呢。”
武王这一惊非同小可，正要出去接见他们，但走到门口又折回来了。因为他不知道这五位客人到底是何方神圣，要是在言语上有所冒渎，反而会坏了大事。
太公望突然想出了一条妙计，他让使者端了一钵热气腾腾的粥，开门送到客人的车前，说：“大王正在处理紧急的军务，一时还不能出来见客，天气冷，先让我送一些粥让贵客暖暖身子。按尊卑，不知道该从哪位起？”
那两位武士就走上前来介绍说：“先送这位南海君，其次东海君，其次西海君，其次北海君，其次河伯，最后是我们雨师和风伯。”
使者将粥分给了几位天神，然后回去把自己所打探到的情况汇报给了太公望。
太公望转头向武王说：“现在您可以接见他们了，这五车两骑，分别是四海的海神和河伯、雨师、风伯。南海的海神叫祝融，东海的海神叫句芒，西海的海神叫蓐收，北海的海神叫玄冥，河伯名冯夷，雨师名咏，风伯名姨，陛下可以让门官传呼他们。”
武王于是在军帐中召见来客，门官依着次序传呼各位天神入帐觐见。几位天神听见门官叫出了他们的名字，面面相觑，惊诧不已，心里想道，武王是何等的英明，连面都没见就知道他们的底细了。
武王向众天神问道：“天寒路冻，各位远道而来，不知有何见教？”
众天神答道：“上天要兴周灭商，特派我们到您帐下听令，希望能够在战争中略效微劳。”武王和太公望喜出望外，忙好酒好菜的把他们安顿在营里。
雪霁天晴，武王整顿军队渡过了黄河。渡河后，大军一路势如破竹，很快就逼近了朝歌南郊的牧野。二月甲子日的那天早上，武王在牧野举行了隆重的誓师仪式。武王左手握着黄色的大斧，右手拿着白色的牦牛尾，大声地说道：“古人有过这么一句话：‘母鸡不应该在早晨打鸣，如果母鸡在早晨叫起来了，那就是家道衰败的表现。’现在纣王只听信妇人的话，任用残暴的人，让他们来暴虐百姓，昏乱商国。现在我姬发只有恭谨地执行上天对他的惩罚，大家要奋勉啊！我希望你们像勇武的虎豹一样，狠狠地攻击你们的敌人，如果你们不肯用命的话，那你们自身将会受到严厉的惩罚！”誓师完毕，武王便把军队陈列在牧野之上。
纣王见武王攻来，也派了七十万大军前来拒敌。武王命太公望和百名死士在阵前挑战，以诸侯之师冲杀纣军。纣王的军旅虽众，但都没有斗志，他们非但不奋勇地抵抗，反而急切地盼望武王入城。而武王这一方，由于大家受过暴君的压榨，个个都乐于效死，奋不顾身地杀敌。眼见周人的军队杀过来了，那些被纣王强征来的军士们哪还有心思为暴君卖命？于是纷纷倒戈，为武王开道。武王见纣军不战而溃，趁势一阵掩杀，只杀了个横尸遍野，血流成河。这一场战争，不用天神们的相助，胜负就已经分明了。
纣王见大势已去，仓皇地逃回了王城，登上鹿台自焚而亡了。武王手持白旗，一马当先，率领诸侯一直追到了鹿台下。到了纣王的死所，武王先向纣王的尸身射了三箭，然后下车用金黄色的斧头斩下纣王的头颅，把它悬挂在大白旗下。之后，又找到了纣王的两个宠妃，她们都自缢而死了。武王又射了三箭，用黑色的斧头把她的头颅砍下来，悬挂在小白旗下。
第二天，武王下令清扫道路，修复社庙和纣王的宫室。这些完成了之后，武王便在亲信的拥簇下，进入了商朝的宗庙，对商朝的先公先王们进行祭祀，并将自己躬行天讨、诛灭商纣的事情禀报给了殷人的祖先。
武王将殷商的遗民封给了纣王的儿子禄父。因为商朝刚被征服，还没有完全地安定下来，武王便让自己的弟弟管叔和蔡叔留下来，作为禄父的辅佐。武王又命令召公释放了被囚的箕子，命令毕公释放了被囚的百姓，命令南宫括散发鹿台的钱财和巨桥的粮米，以赈济穷苦的百姓。做完了这一系列的善后工作，武王才率军离去。
为了追念先圣的功德，武王又将神农氏的后人封在了焦（今河南三门峡市），将黄帝的后人封在了祝（今山东宁阳县）；将帝尧的后人封在了蓟（今北京市西南）；将帝舜的后人封在了陈（今河南淮阳县）；将大禹的后人封在了杞（今山东新泰市）。然后又分封功臣，太公望的功劳最大，所以得到最高的封赐，武王将他封在了营丘（今山东淄博市），国号为齐；将周公旦封在了曲阜（今山东曲阜县），国号鲁。其他的功臣都依次得到了封赏。
回周后不久，武王就把战马散放在华山的南面，把拉车的牛也放牧在桃林的丘墟上，又戢藏了刀兵，解散了军队，以昭示天下不再用兵了。从此，中国的历史就进入了西周前期的和平年代。