周军进攻的消息传至朝歌，商朝上下一片惊恐。商纣王无奈之中只好仓促部署防御。但此时商军主力还远在东南地区，无法立即调回。商纣王只好武装大批奴隶，连同守卫国都的商军共约十万人，由自己率领，开赴牧野迎战周师。
周军先由吕尚率数百名精兵上前挑战，震慑商军并冲乱其阵脚，然后周武王亲率主力跟进冲杀，将对方的阵形彻底打乱。商军中的奴隶和战俘全无斗志，纷纷倒戈，商军迅速崩溃。纣王见大势已去，返回朝歌，登上鹿台，“蒙衣其珠玉，自燔于火而死”，商朝正式灭亡。
牧野之战是中国历史上以少胜多、以弱胜强、先发制人的著名战例，也是中国古代车战初期的著名战例。它终止了六百年的商王朝，确立了西周王朝的统治，为西周时期礼乐文明的全面兴盛开辟了道路。