周文王逝世后姬发即位，即周武王，继续对商作战。周军势如破竹，商军奋力抵抗抵抗但已无力挽回局面，帝辛于朝歌鹿台自焚，商朝灭亡。
孟津之会
公元前1050年，周文王姬昌病逝，世子姬发继位，即周武王，武王继位后，以示仍秉承文王之天命，继续利用商朝暂时无暇西顾的良机向东扩张。公元前1048年，牧野之战前两年，周武王曾观兵于孟津（今孟津县）。《史记》 中说“不期而会盟津者八百诸侯”，其实不是“不期而会”，根据甲骨文所揭，此次出兵早有联络，关中和江汉间的许多方国都有参与，但诸侯恐怕并无八百之多。
而此时的商朝发生了激烈的内乱。帝辛杀了叔父比干，囚禁了另一个叔父箕子，另一些被牵连的贵族如微子等则审时度势，投奔了周国。武王无疑从来奔的殷商贵族那里得到了不少朝歌的机密情报。时机已经成熟，武王决定出兵伐商，同时通知在盟津的与盟诸侯一起出兵。
伐商的战略计划是：趁商朝主力军滞留东南之际，精锐部队以迅雷不及掩耳之势，深入王畿，击溃朝歌守军，一举攻陷商都，占领商朝的政治中心，瓦解商政权，让残余的商人及其附属方国的势力群龙无首，然后各个击破。 《诗经·大明》 中记述此事，称之为“燮伐（偷袭进攻）大商”，或“肆伐(快速进攻)大商”，和二战的德国“闪电战”颇有异曲同工之妙。
牧地誓师
公元前1046年1月26日（《尚书》及利簋铭文均称“甲子日”，但年份不详。）周武王亲率战车三百乘，虎贲（精锐武士）三千人，以及步兵数万人，出兵东征。同年2月21日，周军抵达孟津，与庸、卢、彭、濮、蜀等部族会合，联军总数达4.5万人，不少方国的国君亲自赶来。联军于2月26日布阵未完就下了雨，史称联军共有“六师”。
军事史家推测，大概是三百乘战车，三千名虎贲为一个“装甲师”，为第一梯队。其余四万多人分为五个“师”，在后面组成方阵，为第二梯队。后来联军冒雨继续东进从汜地（今荥阳市汜水镇）渡河水（黄河，一说由孟津渡河）后，兼程北上，至百泉（今辉县西北）折而东行。
27日清晨，在牧地，周武王庄严誓师说：“俗话说，母鸡司晨，是家中的不幸。现在纣王只听信妇人之言，连祖宗的祭祀也废弃了。他不任用自己的王族兄弟，却让逃亡的奴隶担任要职，让他们去危害贵族，扰乱商国。今天，我姬发是执行上天的惩罚！……战士们，努力呀！”周军将士们士气大振，即为《尚书》所记载之“牧誓”。
28日拂晓，联军进至牧野。《诗经》记载：“牧野洋洋，檀车煌煌，驷騵彭彭。维师尚父，时维鹰扬。凉彼武王，肆伐大商，会朝清明。” 。
牧野决战
朝歌方面，第一批紧急军情前脚刚传到，联军自己后脚就跟着来了，着实被打了个措手不及。朝歌城内没有足够的精兵可以破敌，而且也没有可用的战车，单靠步兵，很难和冲击力强大的战车阵相抗衡，更何况周军士气正锐。帝辛惊闻周军来袭，只好仓促武装大批奴隶、战俘，连同守卫国都的军队，开赴牧野迎战。根《史记》记载，帝辛出动的总兵力有七十万人，另一些文献记载是十七万。《诗经·大明》 称：“殷商之旅，其会如林”。
《逸周书·克殷》记载 ：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，帝辛既然强迫这些奴隶和战俘上战场，自然会在后方以亲信部队押送，防范他们反叛或逃跑。这些少量忠心的禁卫军，也是帝辛手中最后的底牌。
然而前方的徒众在周军的强大冲击下慌不择路地往回跑，遭到了后方精兵的阻拦。好汉不敌人多，在人潮的冲击下，这些武士也阵脚不稳。奴隶们为了逃命，加上被后面人潮推动，于是倒戈相向，乱打一气。再加上身后联军的战车、甲士、步兵一层层的进攻，帝辛的最后一道阵线也守不住了，不得不快马加鞭，逃离战场。商军残余的抵抗仍然持续了一天，但已无力挽回局面。
帝辛见大势己去，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。周武王赶到鹿台时，用“轻吕”击刺帝辛的尸体，并亲自斩其头颅悬旗示众。另有一百多个商朝的大臣贵族被俘。他们将被带回周京，作为武王祭祖的人牲被杀死。