武王即位后，任命太公望为太师，周公旦为辅相，身边还有召公、毕公等人辅佐帮助，承继文王未竟的事业。
武王即位第九年，到东方检阅部队，到达了黄河岸边的盟津（在今河南省孟县东）。武王自称太子发，宣称是奉文王之命前去讨伐，自己不敢擅自做主。他向司马、司徒、司空等官员宣告说：“大家都要严肃恭敬、诚实守信。我本是个无知的人，只因先祖有德行，我承受了先人的功业。现在已制定了各种赏罚制度，来确保完成祖先功业，胜利地完成这次任务。”师尚父向全军发布命令说：“集合你们的兵众，把好船桨，落在后面的一律斩杀掉。”于是武王乘船渡河。当船走到河中央时，有一条白鱼跳进武王的船中，武王俯身抓起来将它祭天。渡河之后，有一团火从天而降，落到武王住的房子上，转动不停，最后变成一只乌鸦，赤红的颜色，发出魄魄的叫声。这时候，虽然诸侯们未曾约定，却都已汇集到盟津，共有八百多个。诸侯都说：“商纣可以讨伐了！”武王说：“你们不了解上天的意思，现在还不可以。”便率领军队回去了。
武王伐纣过了两年，武王听说商纣杀了王子比干，囚禁了箕子，他的昏庸暴虐更加严重。连商朝的太师疵、少师强也抱着乐器逃奔到周国来了。于是武王下令再次在盟津会合诸侯，准备伐纣。在盟津，武王举行了誓师大会，然后向商都进发。
商纣听说武王率军攻来，也发兵七十万来抵抗武王。双方在牧野摆下阵势。武王派师尚父率领百名勇士前去挑战，然后率领大部队急驱冲进商纣军队。商纣军队人数虽多，却都没有打仗的心思，心里盼着武王赶快攻进来。他们都掉转兵器攻击商纣军队，给武王做了先导。商纣败逃，返回城中登上鹿台，穿上他的宝玉衣，投火自焚而死。
武王进入朝歌，商都百姓都在郊外等待着武王。武王安抚了商都百姓，然后进入城中，找到商纣自焚的地方。武王亲自用黄色大斧斩下了商纣的头，悬挂在白色的大旗之上。
武王把殷朝遗民封给商纣的儿子禄父。武王因为殷地刚刚平定，还没有安定下来，就命令他的弟弟管叔鲜、蔡叔度辅佐禄父治理殷国。然后命令把箕子和其他囚禁的百姓释放。他散发了鹿台仓库的钱财，发放了钜桥粮仓的粮食，赈济贫弱的民众，又将传国九鼎和殷朝的宝器迁到周地，把比干之墓培土筑坟。他还命令主管祭祀的祝官在军中祭奠阵亡将士的亡灵，然后撤兵又回去了。