武王在盟津和诸侯会盟之后，大大增强了自己伐商的实力，削弱了殷商的抵抗力量。但是，殷商毕竟是个大邦，周毕竟是个小国，殷商的军队在数量上仍然远远超出武王所组织的讨伐联军，因此武王要取得克商的胜利，不仅要做好充分准备，更需要制定出一个卓越的战略方针。
在武王观兵于盟津之后二年，武王制定了一个在牧野速战速决的战略。当时殷商的王畿，即所谓“大邑商”，四周都有天险。吴起说：“殷纣之国，左孟门，右漳釜，前带河，后被山，有此险也，然为政不善，而武王伐之”（《战国策·魏策一》）。就是说：商纣所居的王畿，左有太行山的关塞孟门（今河南辉县西），右有漳水和滏水，前有黄河，后有山岭，都是天险。除了天险之外，商代在国都殷（即今河南安阳）的四郊，还设有别都，驻屯有重兵，用以防守。在殷以南有个牧邑，就是《尚书·康诰》所说的妹邦和《尚书·酒诰》所说的“妹土”，“妹”或作作“沬”，春秋以后称为朝歌。古时“妹”、“牧”双声通用。根据《古本竹书纪年》，“自盘庚迁殷，至纣之灭，二百七十三年，更不徙都”。殷是商代后期长期的都城，这已为考古发掘所证实。但是文献上有武乙或帝乙迁都朝歌，与纣都朝歌之说。《尚书·康诰》的妹邦，即是牧邑，是周初分封给康叔的卫的国都，《史记·卫世家》说是“故商墟”，就说是商的旧都。《汉书·地理志》在河内郡朝歌下也说：“纣所都，周武王弟康叔所封，更名卫。”当时牧邑（即朝歌）正是别都所在，商纣即居住在牧邑的宫内，后来商纣在牧野战败之后，就是逃奔入牧邑宫内自焚而死的。当时商纣所以住在牧邑，因为牧邑是别都，驻屯有重兵，是王畿南郊的军事重镇。直到殷商灭亡之后，康叔分封到此建立卫国，周朝的一支重兵“殷八0060-04”，仍然驻屯在这里。据小臣0060-05簋铭文，伯懋父（即康叔之子康伯髦）统率“殷八0060-04”征伐东夷得胜归来，是“复归才（在）牧0060-04”的。所谓“牧野”，就是牧邑之野，指朝歌以南七十里地区。《水经·清水注》说：“自朝歌以南，南暨清水（即今卫河上游），土地平衍，据皋跨泽，悉坶（牧）野矣。”古文献如《诗经·鲁颂·悶宫》、《墨子·明鬼下》、《荀子·儒效》都作“牧之野”，是对的，这是指牧邑郊外的广大地区。后人指为朝歌以南七十里的地点，是错误的，正因为牧邑是个防守国都的军事重镇，武王要克商，就必须进军到牧野，在这里展开决战。一旦牧野的决战取得决定性胜利，牧邑就可随手取得，殷的都城也就没法防守，整个“大邑商”就很快可以全部占领，从而取得克商胜利。[10]
武王进军牧野的时间，是在武王观兵于盟津之后二年（即文王受命十一年）的二月的甲子日[11]。甲子是武王选定到牧野决战的吉日，这与周人相信甲子日吉利有关。后来周公建设东都成周，也是选定甲子日召集殷贵族而发布动工命令的。周宣王的大臣兮甲，字伯吉父，见于兮甲盘铭文，即文献上的尹吉甫。王国维解释说：“甲者月之始，故其字曰伯吉父，吉有始义。”[12]王充《论衡·讥日》也说：“王者以甲子之日举事，民亦用之。”根据《汉书·律历志》所引《武成》，王国维在《生霸死霸考》中推算，武王于一月二十六日癸巳，从宗周出发，经历二十五天，到二月二十一日戊午在盟津渡河，从盟津出发，又经六天，到二十七日甲子到达牧野，当天早上宣誓决战就取得决定性胜利。从盟津到牧野约有三百里路程，这是采取急行军，每天行五十里速度到达的。当时这一带交通条件比较好，从殷墟卜辞来看，这一带正好是殷王经常的狩猎区，可以通行马车，殷王就常常驾驶马车到盟津以北的太行山南麓进行狩猎活动。
武王统率进攻牧野的精锐先锋部队，只有戎车三百乘，虎贲三千人。《孟子·尽心下》、《吕氏春秋·贵因》、《吕氏春秋·简选》以及《史记·周本纪》都是这样说的。《史记·周本纪》还说有“甲士四万五千人”，更说：“诸侯兵会者车四千乘”，纣“亦发兵七十万人距武王。”“四千乘”和“七十万人”之数，恐怕都不可信，调动几千乘兵车和几十万人参与一个战役，要到战国时代才可能出现。据《尚书·牧誓》，在武王所统率的联军中，有庸、蜀、羌、髳、微、卢、彭、濮等八国，其中庸、蜀、羌、卢、濮五国，到春秋以后尚存，都是西南部族，他们不可能派遣四千乘兵车到牧野参加会战。《吕氏春秋·古乐》说：“武王即位，以六师伐殷，六师未至，以锐兵克之于牧野”，武王确是以精锐部队作为先锋，采取突击冲杀方式，取得了决定性的胜利的。《逸周书·克殷解》说：“周车三百五十乘陈于牧野，帝辛从。武王使尚父（即吕望）与伯夫（当即《牧誓》所说“百夫长”）致师（孔晁注，挑战也）。王既誓，以虎贲戎车驰商师，商师大崩，商辛奔内，登于鹿台之上，屏遮而自燔于火。”商师的阵线，是被周作为先锋的三百多乘兵车和虎贲三千多人猛烈冲杀得崩溃的。
一九七六年陕西临潼零口镇西段村出土。通高二十八厘米，口径二十二厘米，重七点九五千克，腹内底有铭文三十二字。现藏中国国家博物馆。
牧野之战，是在甲子这天，从清晨誓师冲杀开始，到夜晚就取得全胜，迫使商纣自杀。《诗经·大雅·大明》描写这场战争说：“牧野洋洋，檀车煌煌，驷0123-01彭彭。维师尚父，时维鹰扬，凉彼武王，肆伐大商，会朝清明。”“会朝清明”就是早晨清明之时。《逸周书·世俘解》说：“越若来二月，既死霸，越五日甲子，朝至接于商，则咸刘商王纣，执夫恶臣百人（刘师培校改“夫恶”为“共恶”）。”所说“朝至接于商”，就是说清早到达就与商师接战。《世俘解》又说：“时甲子夕，商王纣取天智玉琰及庶玉环身以自焚（原有脱误，从顾颉刚校正）。”说明甲子当天夜晚，商纣就因失败而自杀。一九七六年陕西临潼出土的利簋有这方面与文献符合的记载：“珷征商，唯甲子朝，岁鼎克。闻（通“昏”），夙又（有）商。辛未王才（在）0555-01（阑）0060-04。易（锡）又（有）事（司）利金，用乍（作）0555-02公宝0555-03彝。”“甲子朝”就是甲子这天清早。“岁”通作“刿”，《说文》说：“刿，利伤也。”卜辞常有岁羌若干或岁若干牛的记述，岁即杀死之意。“鼎”通作“丁”，义为“当”。《尔雅·释诂》说：“丁，当也。”郝懿行《义疏》：“丁当双声，丁鼎叠韵。”“岁鼎克”就是说冲杀后当即得胜。“闻”通作“昏”，是说夜晚。“夙有商”是说快速占有商邑。或者解释“岁”为岁星或岁祭[13]，但是叙述在“甲子朝”之后，未免文理难通。牧野之战在甲子一天内，从早到晚就取得全胜，这与文献记载是一致的。《吕氏春秋》上多次谈到此事，如《首时》篇说：武王“立（莅）十二年而成甲子之事”。又如《贵因》篇说：武王“故选车三百，虎贲三千，朝（早）要甲子之期而纣为禽（擒）”。《韩非子·初见秦》和《战国策·秦策一》也都说：“武王将素甲三千，战一日破纣之国，禽其身，据其地而有其民。”利簋记载正与文献相合，“朝（早）”与“闻（昏）”上下文正相呼应。
殷之所以兵多却不堪一击，首先是由于殷贵族生活奢侈腐化、沉迷酒色、政治腐败，对人民十分暴虐。《国语·周语上》记祭公谋父说：“商王帝辛，大恶于民。庶民不忍，欣戴武王，以致戎于商牧。”《墨子·明鬼下》也说：“与殷人战乎牧之野，王手禽费中（仲）、恶来，众畔皆走（“手”字原误作“乎”，从孙诒让校正；“皆”原误作“百”，从王引之校正）。”这时殷的军队早已丧失斗志，确如武王《太誓》所说“纣有亿兆夷人，亦有离德”，因而一击即溃，旋即叛离而走。
其次是由于这时殷的力量已被东西两面的夷戎部族所削弱。殷商的东部，从商代后期起，东夷的势力逐渐强盛，《后汉书·东夷传》载：“武乙衰政，东夷寖盛，遂分迁淮岱，渐居中土。”从今泰山以东，济水以南，直到淮水流域，都成为东夷分布的区域。奄（今山东曲阜）曾是盘庚迁殷以前的国都，这时已成为一支强大的东夷的主要居住区，称为商奄或奄。营丘（今山东临淄）一带原为殷的诸侯逢伯陵之地，这时也已成为东夷的蒲姑所在地。殷商连年与东夷交战，消耗力量很大，所以春秋时人说：“纣克东夷而殒其身”（《左传·昭公十一年》叔向语）；“纣之百克而卒无后”（《左传·宣公十二年》栾武子语）。与此同时，西方和北方的戎狄也渐强大，逐渐进入中原地区，例如打败周师的燕京之戎，分布于太原汾阳的燕京山一带，雷学淇认为“当殷末政衰为戎所据”（见《竹书纪年义证》卷十四），是不错的。商王文丁曾授权周的季历征伐戎狄，授以牧师（诸侯之长）的称号，季历在不断战胜戎狄的过程中，壮大了力量，扩大了地盘。到商纣时，殷商实际能够控制的地区，只有王畿及其南疆一带，因而力量大为减弱。
周的兵少却能一举克商，首先是由于四代连续的经营，姬、姜两姓贵族的巩固联盟，领导集团的“同心同德”以及西南八国的加盟。这次进军牧野的联军，作为统帅的太师吕望（即太公望）就是姜姓贵族；作为六师长官之一的吕他，也该是姜姓贵族。
其次是由于武王继承文王克商计划，确定了适当的战略步骤，会盟诸侯的成功，瓦解了殷纣的抵抗力量，增强了自己的实力，最后又制定了决战于牧野的卓越战略，利用殷商贵族内部矛盾很多、士兵没有斗志的时机，用精锐的先锋部队顷刻间冲垮牧野守兵阵线，在甲子一天内取得了克商的战果。
殷周之际已盛行车战，以战车上的甲士作为战斗主力。武王所统率的革车三百乘，虎贲三千人，是在这次牧野决战中作为先锋的，是周的主力军。当时兵车一乘，大体上，车上乘有甲士十人，车后随从徒卒二十人。《司马法》载有一说：“革车一乘，士十人，徒二十人”，大体可信，春秋前期也还沿用这种兵制。《诗经·鲁颂·悶宫》记载鲁僖公的军队，有“公车千乘”，“公徒三万”，每乘有公徒三十人，包括甲士与徒卒而言。《左传·闵公二年》载“齐侯（齐桓公）使公子无亏帅车三百乘，甲士三千人以戍曹”，每乘也有甲士十人。《吕氏春秋·简选》所说：“齐桓公良车三百乘，教卒万人，以为兵首，横行海内，天下莫之能禁。”当有依据。所谓“兵首”，便是用作先锋。《左传·定公十年》记载夹谷会盟，“将盟，齐人加于载书曰：齐师出竟（境）而不以甲车三百乘从我者，有如此盟。”说明直到春秋晚期，以甲车三百乘出征还是常例。当年武王统率的革车三百乘、虎贲三千人，虎贲即指勇猛而行动快速的甲士，正是每车甲士十人。“贲”即“奔”的假借字，《后汉书·百官志》虎贲中郎将注：“虎贲旧作虎奔，言如虎之奔也。”西周常用虎贲作为宿卫之臣，见于《尚书·立政》和《尚书·顾命》。
车战方式与后世步骑作战方式不同。双方往往要先排列成整齐的车阵，然后挑战和交战。这种整齐的车阵，一经交战，战败者如果崩溃，车阵大乱，就很难整顿车队，重新组成车阵继续作战，所以每次决战很快就分胜负，不像后来用步骑兵野战那样旷日持久。春秋时代著名的大战，如城濮之战、邲之战、鞌之战，胜负都在一天内就见分晓，鄢陵之战也只经历两天。城濮之战，晋以七百乘的兵力，抵挡楚和陈、蔡联军，以少胜多。晋先以下军“犯陈蔡，陈蔡奔，楚右师溃”；接着“以上军夹攻子西，楚左师溃。楚师败绩”（《左传·僖公二十八年》）。就是先以下军进攻薄弱的陈、蔡军，作为右师的陈、蔡就奔溃；接着又以上军将佐从两路夹攻楚左师，使左师又崩溃，于是晋就在城濮之战中得到大胜。牧野之战也有类似情况，武王“以虎贲戎车驰商师，商师大崩”，接着乘商师崩溃的时机，乘胜追击，就在甲子一天内取得这一大战的全胜。
武王在牧野之战取得克商的伟大战果之后，随即命令太师吕望乘胜进击殷将方来，同时分兵四路南下，平定服属于殷的南国诸侯。根据《逸周书·世俘解》，在牧野之战得胜之后，“咸刘商王纣，执共恶百人”，就是杀死商纣，并捉到与商纣共同作恶的臣属一百人；接着“太公望命御方来；丁卯，望至，告以馘俘”。就是命令太师吕望继续进击殷将方来，到丁卯，即甲子在牧野得胜之后三天，吕望凯旋回来报告胜利，并举行献馘俘礼。吕望所进击的方来，唐大沛和陈汉章都认为即是《史记·秦本纪》所说的恶来（见唐所著《逸周书分编句释》上编、陈所著《周书后案》卷上），并认为“方”是东夷国名，《后汉书·东夷传》有“方夷”，“来”是其名。据《史记·秦本纪》记载，商代末年嬴姓一支东夷迁居到了西方，其首领名“中潏”，“在西戎，保西垂。生蜚廉。蜚廉生恶来。恶来有力，蜚廉善走。父子俱以材力事殷纣。周武王之伐纣，并杀恶来。是时蜚廉为纣使北方（“使”原误作“石”，从梁玉绳等据《水经·汾水注》和《太平御览》引《史记》改正），还，无所报，为坛霍太山而报，得石棺，铭曰：‘帝令处父不与殷乱，赐尔石棺以华氏。’死，遂葬于霍太山。”蜚廉即飞廉，中滴一作仲滑，正义引《世本》云：“仲滑生飞廉”。处父，索隐以为“蜚廉别号”。《秦本纪》这段话，该采自嬴姓之族的传说，所说飞廉“不与殷乱”而“得石棺”，当是他们自古相传祖先得到神灵保佑的说法。事实上，飞廉和恶来同样是被武王派人追杀的。许多古书上都说他们是和崇侯虎同样助纣为虐的。《荀子·成相》说：“事之灾，妒贤能，飞廉知政任恶来。”《荀子·儒效》又载进军牧野途中，周公说：“刳比干而囚箕子，飞廉恶来知政，夫又恶有不可焉。”《吕氏春秋·当梁》又说：“殷纣染于崇侯，恶来……故国残身死，为天下僇。”恶来、飞廉是和崇侯虎一样被商纣重用而听信的大臣，所以武王特派大军追击。《孟子·滕文公下》说：“周公相武王诛纣，伐奄三年讨其君，驱飞廉于海隅而戮之。”所谓“伐奄三年讨其君”，是周公东征的事。所谓“驱飞廉于海隅而戮之”，是武王东征的事。该是恶来被武王攻杀以后，以善走著称的飞廉向东逃奔到原来东夷的居地，周师乘胜追击，直追到海边才杀死飞廉。可以想见，追击善走的飞廉，是经过一番激烈的追逐和战斗的。
根据《逸周书·世俘解》，在丁卯这天吕望战胜殷将方来回来，“告以馘俘”以后，“戊辰，王遂祡（“祡”原误作“禦”，从于鬯校改），循追祀文王（“追”原误作“自”，从卢文弨依据孔注改正），时日，王立政”。戊辰就是丁卯之后一天，这时殷的王畿已被全部攻克，武王因而在此举行祡祭，就是烧柴燎祭天（《说文》：“祡，烧柴燎祭天也”）。同时又追祀文王，并且在这天“王立政”。孔注“是日，立王政布天下”，这一解释并不确切。“立政”二字，应与《尚书·立政》同样意义。王引之《经义述闻》解释说：“《尔雅》曰：正，长也。故官之长谓之正。……政与正同……立政谓建立长官也。”武王在这里“立政”，当是任命新的统治全国的长官。
孟子、荀子等儒家为了鼓吹周师是“仁义之师”，伐纣是“以至仁伐至不仁”，不免有武断和虚构的地方。孟子武断地判定《武成》不可信，同时他描写牧野之战：“武王之伐殷也，革车三百两，虎贲三千人。王曰：无畏！宁尔也，非敌百姓也。若崩厥（蹶）角稽首。征之为言正也，各欲正己也，焉用战？”（《孟子·尽心下》）说武王在牧野前线发表告慰百姓的讲话，声明自己是为了安定百姓而来，不会与百姓为敌。并说百姓听到之后，都跪下来叩响头，响声像山崩一样。而且认为“征”只是“正”的意思，各人都要端正自己，又何必要战争呢？这都是孟子凭理想而虚构的，不见有什么根据。荀子就更进一步，指出牧野之战是由于殷人倒戈而使武王得胜的。他描写说：“武王之诛纣也……厌旦于牧之野，鼓之而纣卒易乡（向），遂乘殷人而诛纣，盖杀非周人，因殷人也，故无首虏之获，无蹈难之赏。反而定三革，偃五兵，合天下，立声乐，于是武、象起而韶护废矣”（《荀子·儒效》）。这是说：牧野之战，指挥作战的鼓声一响，纣卒就倒戈，掉头转向，他们杀了纣，不劳周人动手，因而周师没有砍下一个头、捉住一个俘虏，也没有因战功而受赏的事，回去后就放弃三种盔甲和五种兵器而不用，于是创立称为武、象的音乐而废除殷代称为韶护的音乐。在孟子、荀子等儒家的宣传鼓吹下，殷人倒戈而使周人得胜，就成为牧野之战的主要关键。所以，《史记·周本纪》说：“纣师皆倒兵以战，以开武王。武王驰之，纣兵皆崩，畔（叛）纣。”《华阳国志》的“巴志”更说：“周武王伐纣，实得巴蜀之师。……巴师勇锐，歌舞以凌，殷人倒戈，故世称之曰：武王伐纣，前歌后舞也。”一场有关朝代兴废的决战变成了“前歌后舞”的庆祝场面。至于东晋人伪造的伪《古文尚书·武成》说：“甲子昧爽，受（纣）率其旅若林，会于牧野，罔有敌于我师，前徒倒戈，攻于后以北，血流漂杵。”就不免自相矛盾了。既要承认“殷人倒戈”是事实，又要承认“血流漂杵”是事实，于是就造出“前徒倒戈，攻于后以北”的话，“血流漂杵”就变成“殷人倒戈”的结果了。