商朝西面的危机刚缓解，东夷又乘机大规模攻商。纣王集结重兵朝东夷发起了进攻。在对东夷的作战中，双方战斗激烈。东夷人勇猛善射，可是商军配备精良，武器都是青铜打造，精巧锋利，杀伤力大。不仅如此，在战斗中，商军甚至组织象队参战，古书中有“商人服象为虐于东夷”的记载。商军在战斗中占尽优势，东夷的军队一批批倒了下去，众多夷人成了俘虏，沦为奴隶。
此时的商朝，在暴君纣王统治下，政治已十分腐败。为了试探商朝的实力和天下对攻打商朝的反应，武王在继位的第二年，以祭奠文王为名，率大军先西行至毕原（今陕西长安）的文王陵墓，然后转而东行向朝歌前进，抵达黄河南岸的孟津（今河南孟津东北）。武王自称太子发，在军中竖起父亲西伯昌名字的大木牌，意在文王仍是大军统帅。闻讯赶来参加参加会盟的有八百多诸侯。在盟会上，武王举行了誓师仪式，并发布誓词，众诸侯力劝武王立即攻向朝歌。但是武王和姜太公认为，商朝的军事实力仍不可小觑，攻打商朝还不是时候。于是，以“诸位不知天命”告诫大家要静待时机成熟，并下令全军渡过黄河，班师回西土，等待时机。这就是历史上有名的“孟津观兵”，通过这次大规模的军队检阅，武王看出人心向周，商纣王已经众叛亲离。
根据《左传》的记载，纣王很可能就是在这次征伐东夷的战争中，路过有苏氏部落，掳获了妲己。纣王有了妲己后，对她宠爱有加，虽然连年征战使得国力空虚，他却不思进取，反而更加骄奢婬逸，造鹿台，制炮烙之刑。良臣比干、箕子忠言进谏，一个被杀，一个被囚。太师、少师见纣王已不可救药，带着商朝宗庙祭器，逃离朝歌，商王朝内部矛盾更加激化。
双方在牧野展开决战，周军士气高涨，奋勇冲杀；商军则人心涣散，毫无斗志。武王利用人们对商纣的怨恨不满，鼓动兵士起义。结果，商军临时组织的军队阵前倒戈，掉转矛头为武王的军队开道，杀入朝歌。这就是著名的“牧野之战”。
武王跟姜尚认为时机已到，是时候发兵了。于是，武王通告各诸侯国，果断决定向朝歌进军，进行灭殷的最后决战。
西伯姬昌在位五十年，还没来得及完成灭商大计就溘然长逝。虽然直到去世，姬昌都没能真正向商发起进攻，但是在姜尚的辅佐下，他为子孙后代推翻商朝的统治奠定了坚实的基础。姬昌去世后，谥号文王，他的儿子姬发即位，就是周武王。武王继承了他父亲的遗志，积极为进攻商朝做准备。为了便于进攻商都朝歌，他还将都城由丰迁至镐。
大约在公元前1046年，周武王率领兵车300辆，卫军3000人，士卒4.5万人，在孟津渡过黄河，到达朝歌郊外70里处的牧野（今河南卫辉南），与周同盟的庸、蜀、羌、微、卢、彭、濮等方国的兵车4000乘会合。
周武王的大军都已兵临朝歌郊外，商纣王这才惊醒，赶紧停止歌舞宴乐，召集大臣商议对策。此时，纣王的军队主力在外地，城内兵力空虚，不得已，纣王把囚犯、奴隶、战俘武装起来，凑了十七万人开向牧野，仓促应战。
纣王见大势已去，连夜退回朝歌，登上鹿台，自焚身死。周武王完全占领商都，商朝就此灭亡，之后，武王建立周朝，史称“西周”。
但这次征战旷日持久，不断发兵加重了民众的负担，商朝国力大损，加速了灭亡，因此《左传》中有“纣克东夷而陨其身”的说法。
纣王指挥商军乘胜进军，势不可挡，一路冲杀，一直打到了长江下游，降服了大多数东夷部落，俘虏了成千上万的东夷人。为了永绝后患，纣王甚至开通了一条大道，通往东夷，以便东夷起事时，可以迅速调兵镇压。自此，中原和东南一带得以互通，加强了中部和东南部的联系，使商朝的文化得以在东南地区的长江流域广泛传播。长江流域自然地理条件优越，当地人又吸收了先进的农耕文明，发展非常迅速。
战前，武王举行了誓师大会，向全军发表誓词，即《尚书·牧誓》。誓词中列举了纣王只唯妲己妇人之言是听，背弃祖先等罪状，说明伐纣是恭行“上天之意”，同时要求将士们在作战中要严明纪律、英勇杀敌。
