随后，商汤在亳（河南商丘）誓师，宣告履癸的罪行。商汤正式兴兵伐夏。汤和仲虺、伊尹率领由七十辆战车和五千步卒组成的军队西进伐履癸。履癸调集了夏王朝的军队，开出王都斟寻（河南洛阳偃师市）。夏商两军在鸣条之野（河南新乡封丘县）相遇，展开了大会战。
会战开始之前，汤为了鼓动士气，召集了参加会战的商军和前来助商伐夏的诸侯、方国的军队，宣读了一篇伐夏的誓词，即《汤誓》。商军经汤动员以后，士气大振，都表示愿意与夏军决一死战。夏军士气低落，人有怨心。两军交战的那一天，正赶上大雷雨的天气，商军不避雷雨，勇敢奋战，夏军败退不止。
夏桀见兵败不可收拾，连都城也不敢回，就带领五百残兵向东逃到了三朡（山东定陶），夏邑被联军攻占。三朡是夏王朝的一个方国，三朡伯见夏桀兵败逃来，立即陈兵布阵以保夏桀，并扬言要与汤决一死战。汤和伊尹见夏桀投奔三朡，即挥师东进。商军和三朡军在郕（左成右刂）（今山东汶上北）交战，结果商军打败三朡军，杀了三朡伯，夺取了三朡伯的宝玉和财产。
夏桀见三朡又被汤所灭，仍就带了那五百残部向南逃走。汤和伊尹率军紧迫不放，夏桀逃到了南巢（安徽寿县），投奔南巢氏，其为夏的同盟部族，为上古有巢氏的后裔。后来，南巢逐渐成为荆楚之地巢居民族的通称。
商军追至南巢，夏桀又想从南巢逃跑，但是刚走到城门口就被商军捉住。汤将夏桀流放在南巢的亭山。
汤和伊尹为了彻底消灭夏王朝的残余势力，又率军西进。因为韦、顾、温、昆吾和三朡这样一些较有势力而又忠于夏的方国都被商汤所灭，商军在西进的路上就未遇到大的抵抗，很快就占领了夏朝都城斟寻（河南洛阳偃师市）。
夏朝的亲贵大臣们都表示愿意臣服于汤。汤和伊尹安抚了夏朝的臣民后，就在斟寻举行了祭天的仪式，向夏朝的臣民们表示他们是按上天的意志来诛伐有罪的桀，夏后氏的“历数”（帝王相继的世数）已终。这就正式地宣告了夏王朝的灭亡。
汤经过征伐战争，最后灭了夏王朝，统一了自夏朝末年以来纷乱的中原，控制了黄河中下游地区，其势力所及，远远超过了夏王朝。汤灭夏后奠定了商王朝疆域的基础。由于商汤以武力灭夏，打破国王永定的说法，从此中国历代王朝皆如此更迭，因而史称“汤武革命”。
灭夏后商汤本想把国都定在夏都斟寻。但是，为了安抚夏朝臣民，进一步巩固其取得的政权，还是保留了
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