咸熙二年，司马炎从司马昭手中接过晋王的权柄，此时司马家族掌控曹魏政权已经历经三代。从司马懿发动高平陵之变开始，司马师、司马昭两代人陆续扫平了曹魏内部的反对势力，平定淮南三叛、剿灭蜀汉政权，为新王朝的建立铺好了几乎所有台阶。年仅三十岁的司马炎站在父辈留下的基业之上，没有选择继续等待，短短数月之后，就效仿当年曹丕代汉的旧例，逼迫魏元帝曹奂禅位，正式登基称帝，改国号为晋，定都洛阳，史称西晋。
西晋开国之初，司马炎首先把全部精力放在了巩固内部统治上。他吸取曹魏宗室孤弱、最终被权臣轻易取代的历史教训，一口气分封了二十七个同姓宗室为王，允许诸侯王在封国之内拥有军队、自选官吏，以此作为拱卫中央皇权的屏障；同时他大力推行占田制，给普通百姓分配固定的土地，减免此前连年战乱留下的苛捐杂税，鼓励农业生产，让饱受战火摧残的北方经济快速复苏。短短数年之间，西晋的人口规模、粮食储备都得到了大幅提升，整个国家的实力远远偏安江南的孙吴政权。
经过十余年的精心准备，司马炎正式将伐吴统一提上日程。他任命羊祜坐镇襄阳，在荆州前线与东吴名将陆抗对峙，一边推行怀柔政策收拢吴地民心，一边在长江上游的益州命令王濬大规模建造巨型楼船，训练一支足以顺流而下的强大水军。尽管朝廷内部以贾充为首的大批老臣强烈反对伐吴，认为长江天险难以逾越，但司马炎力排众议，坚持在咸宁五年正式下诏，兵分六路，二十余万大军从东西两个方向同时对孙吴发起全面总攻。
伐吴之战的进展比所有人预想的都要顺利。此时的东吴末代皇帝孙皓，是出了名的暴君，他滥用酷刑、滥杀大臣，国内民怨沸腾，江东的人心早就分崩离析。王濬率领益州的水军顺着长江顺流而下，接连冲破东吴设置的铁锁、铁锥防线，一路势如破竹，几乎没有遇到像样的抵抗，就直接打到了东吴都城建业的石头城下。孙皓在走投无路之下，只能效仿当年的刘禅，亲自捧着印玺出城投降，东吴的四州四十三郡全部纳入西晋的版图。从董卓之乱开始，持续近百年的分裂乱世，终于在这一天宣告结束。
三分归晋之后，司马炎改年号为太康，在全国范围内推行占田课田制，鼓励垦荒、安抚流民，整个社会迎来了一段短暂的安定繁荣时期，史称“太康之治”。东汉末年以来连年战乱的创伤逐步得到修复，全国人口快速恢复到近两千万，南北之间的商贸与文化交流重新打通。尽管司马炎晚年在继承人选择、宗室分封问题上留下了诸多隐患，为之后的乱世埋下了伏笔，但他终结三国近百年分裂的历史功绩，依然成为了中国古代统一进程中不可忽视的关键一环。