后周太祖登基后剪除若干苛政，厉行节俭，使南流的人口再度有流回中原的倾向。然而刘赟被杀，使后汉旧将不服周廷。河东军刘崇（后汉高祖刘知远之弟）得知郭威称帝后，自立为帝，建国北汉。他依辽人为援，自称侄皇帝，并且伺机伐周。后汉旧将徐州巩廷美与泰宁军慕容彦超意图叛变，有赖后周太祖陆续平定。
954年后周太祖去世，由养子柴荣继位，即后周世宗。后周世宗是五代十国中的第一名君，于继位之初遭遇定都晋阳的北汉帝刘崇与辽将杨衮联合南下潞州、泽州（今山西晋城）二州。当时周廷惊恐，大多主张稳重行事，然而后周世宗亲征上党在泽州高平县南（今山西晋城市高平南）击溃汉辽联军，并斩临阵后退的无能将领，史称高平之战。
此后改革军事制度，精简中央禁军，补充强健之士，形成“殿前诸班”的禁军。内政方面，他招抚流亡，减少赋税，稳定国内经济。整顿吏治，延聘文人，打压武人政治，使后周政治清明。955年又废天下佛寺，获取大量铜器以整顿经济。军事与经济的提升都为日后统一中国本土而建立重要的基础。
后周世宗在稳定国内后即意图统一天下，他以“十年开拓天下，十年养百姓，十年致太平”为目标。955年率军击溃后蜀，占秦州汉中一带。956年率兵击溃南唐，获得江北之地，迫南唐称臣。959年后周世宗率军北伐辽朝以收复燕云十六州，周军陆续攻陷瀛洲、莫州等地。当他准备收复幽州时，却突然生病，被迫班师。不久去世，其幼子柴宗训即位，即后周恭帝。
960年禁军领袖赵匡胤以镇定二州遭北汉、辽朝入侵为由率军北御，而后在开封的陈桥驿发生陈桥兵变，受禁军拥护为帝。赵匡胤回师开封，废黜后周恭帝，后周灭亡，五代结束。他建立宋朝，即宋太祖。
宋太祖继位之时，十国仍有后蜀、北汉、南唐、吴越、南汉、荆南与湖南武平军周行逢、闽南清源军留从效等，这些国家或藩镇大多奉宋朝为宗主或臣服之。宋太祖面对辽朝的威胁，采赵普“先易后难，先南后北”的策略统一中国地区。
962年荆南主高保勖去世，同年湖南周行逢去世，两国新主年幼无能。宋太祖趁机于隔年以平湖南之乱为由派兵南下并湖南，途中假道伐虢，并吞荆南。
后蜀后主孟昶闻知荆南与湖南被并吞后，联合北汉以拒宋师。然而其晚年奢侈逸乐，朝政不修，军队皆无战斗力。965年宋太祖派王全斌、崔彦进出凤州（陕西凤县）、刘光义、曹彬出归州（湖北秭归），北东两路同时入蜀。结果不出六十多日，后蜀帝孟昶投降，后蜀亡。其宠妃花蕊夫人在亡国后写下：“君王城上竖降旗，妾在深宫哪得知，十四万人齐解甲，更无一个是男儿。”
南汉后主刘鋹将政事交给宦官龚澄枢及女侍中卢琼仙等人。由于只信宦官，官员都需阉割才能进用。970年宋廷派潘美伐南汉，由于南汉将领大臣宗室皆死光，只有宦官领军，隔年南汉帝刘鋹投降，南汉亡。
南唐后主李煜是词坛高手，虽然终日以外患为忧，但不擅政事。当时有赖其弟李从善、大臣潘佑与将领林仁肇等人，尚且与后周得以对峙。宋朝建立后，李煜亲近小人，滥杀大臣，终日与臣酣宴、愁思悲歌，南唐国势混乱。975年宋太祖以南唐帝李煜称病不入朝为由，派曹彬南征，并以吴越军为辅夹攻。最后李煜投降，南唐亡。
吴越国方面，虽然忠献王钱弘佐时趁闽国内乱获得福州，但是本身课税繁重，民不堪苦。到忠懿王钱俶时，因为对宋朝十分恭顺，宋太祖没有夺取地。而闽南清源军留从效割据一方，去世后多人争位，最后由陈洪进夺得。978年钱俶与陈洪进纳土归顺宋朝，吴越国与闽南清源军亡。
而十国最后一个国家北汉的末主是英武帝刘继元。979年宋太宗派潘美围攻北汉都城太原，击退辽国援兵，刘继元投降，北汉灭亡。至此十国时期结束，中国基本统一，正式进入宋朝时期。然而，尚有燕云十六州还未收复。宋太宗灭亡北汉后不久，他不顾大臣反对，从太原北伐辽朝以图收复燕云十六州。起初宋军攻下易州和涿州，但在燕京的高梁河之战惨败而退，至此进入宋辽对峙的时代。