武王即位后第四年春天，发动了空前的灭商战争。拜姜尚为帅，发兵五万渡过黄河东进。大军到了盟津，八百诸侯也率兵前来助战，武王便在盟津举行了誓师大会。在庄严肃穆的气氛中，姬发左手执掌象征军队指挥权的黄钺，右手握着用以发号施令的牦尾杖，在吕尚和叔旦的左右护卫下登上土坛，向全体将士发表了被后人称为《牧誓》的著名誓词：

诸位友邦君长和将士们，殷纣荒废国政，不敬神道，离弃同胞，肆暴百姓，天怒人怨。现在，上天命令我向殷国行使惩罚。众将士们，举起你们的戈，拿起你们的盾，要像虎那样威武、如熊一般雄壮地去战斗。努力啊，将士们!

誓师典礼结束后，盟誓后，武王便率大军浩浩荡荡地杀奔商都朝歌，一路上势如破竹，很快便打到了离朝歌只有70里的牧野，双方军队就在牧野附近摆开了阵势进行决战。

纣王认为自己有军马70万，可周军只有5万，这简直是以卵击石、飞蛾扑火。可他哪知武王的军队是经过严格训练的精锐之师，作战勇敢顽强，而他那70万大军中，一多半是临时武装起来的奴隶和从东夷捉来的俘虏，他们平日受尽了纣王的压迫和虐待，对纣王恨之入骨，又有谁肯为他卖命。所以两军刚一交锋，奴隶们就掉转矛头，纷纷倒戈投降，配合周军攻打商军，纣王所谓的70万大军顷刻间土崩瓦解。姜尚便指挥周军，乘胜追去，一直追到朝歌。

牧野战败之后，纣王逃回朝歌，感到已没有回天之力，就命人将宫里珍宝都搬到鹿台，然后放起火来，自焚而亡。朝歌的百姓闻听纣王已死，便列队欢迎周军入城。武王入城来到鹿台，看到纣王的尸体便连射三箭，并砍下纣王与妲己的脑袋，悬挂在宫廷外的白旗下示众。纣王的两个宠臣恶来、费仲也被斩首。群凶斩除，人心大快。从此延续了600多年的殷商王朝，随着恶贯满盈的纣王的自焚而彻底灭亡，史称武王克殷。

关于武王伐商的史实，首批禁止出国(境)展览文物的利簋可以证明。利簋又名武王征商簋，为周武王时期有司(官名)利所作的祭器，1976年出土于陕西临潼，是已发现的时代最早的西周青铜器。利簋腹内底部铸有铭文4行32字，大意为：武王伐商，甲子日凌晨岁星正当其位，宜于征伐;战胜商朝八天后的辛未日，武王在当地的军队驻地赏“有司”利以铜，利觉得很荣耀，就用铜来铸造宝器以纪念这件事。利簋记载的史实证实了《尚书·牧誓》、《逸周书·世俘》等文献的记载。

《诗经》中对牧野之役歌咏道：“维师尚父，时维鹰扬。”牧野之役，以武王为统帅，太公望为总指挥，可能是持着绘有鹰徽的军旗，随风飘扬，士气高昂，故曰“牧野鹰扬”。