早在建衡元年、晋武帝泰始五年（269年）二月，晋武帝司马炎就有了灭吴的志向。十一日，他除任命大将军卫瓘、司马伷分镇临淄、下邳，加强对孙吴的军事布置外，又特地调任羊祜为荆州诸军都督。当时，西晋和孙吴各有一个荆州，形成南北对峙局面。
天纪二年（278年），太傅羊祜向晋武帝当面陈述伐吴的计划，晋武帝非常赞赏。
天纪三年（279年）四月，孙皓每次宴会群臣都要把大臣们灌醉。他设置了黄门郎10人，专门负责搜集大臣们的过失。每次宴会结束以后，这10个人就向孙皓汇报大臣们的过失，凡是大臣中有抵触的、说了错话的，都向孙皓举报，严重的被判刑、处死，轻的也要当作罪状记录下来；有的被剥下脸上的皮，有的被挖去眼睛，因此朝廷上下人心相离，没有人肯为孙皓尽力。
西晋名将、益州刺史王濬（濬通浚）上书请求速伐东吴，王濬对晋武帝司马炎说：“孙（皓）荒婬，凶暴反常，应当迅速地征讨他。如果一旦孙（皓）死了，吴国又立了一个贤明的君王，那么就成为我们的强敌了。我造船已经7年，每天都有船因腐烂而毁坏；我年已70，离死亡没有几天了。”实际上，此时王濬的年龄已有73岁，他仍然坚决要求率军伐吴，可见其人老志不老。晋武帝于是下定决心伐吴。
十一月，晋朝大举出兵讨伐吴，派遣镇军将军、琅邪王司马伷从涂中（今安徽滁州）出兵，安将军王浑从江西出兵，建威将军王戎出武昌，平南将军胡奋出夏口（今湖北省武汉市），镇南大将军杜预出江陵，龙骧将军王浚和巴东监军鲁国人唐彬从巴、蜀进军，东西合计共有20余万人。任命贾充为使持节、假黄、大都督，任命冠军将军杨济协助贾充，作贾充的副手。贾充坚持陈述伐吴不利，而且自称已经衰老，不能担当元师的重任。晋武帝下诏说：“你如果不去，那么我就亲自出征。”贾充不得已，于是接受了符节与斧，率领中军向南驻扎在襄阳，负责各部队的部署、调度与节制。
晋武帝太康元年（280年），也即孙皓天纪四年，孙权开创的东吴王朝，进入了最后阶段。这年二月，王濬、唐彬打败了丹阳监盛纪。
早在孙皓凤皇元年、晋武帝泰始八年（272年），晋武帝司马炎就命令王浚解散屯田军，大量建造战船。大战船船身长度为120步，能容纳2千余人，用木头造成楼，筑起望敌军的高台，四面开出可以进出的门，船上可以骑着马往来奔跑。
当时造般砍削下的木片，遮盖了江面，顺江水而下，吴国建平太守、吴郡人吾彦，拿着顺江流而下的木片禀报孙皓说：“晋国必然有攻吴的计划，应当增加建平的兵力，以堵住要害地区。”孙皓不听，吾彦就用铁锁链横拦江面，还打造了一丈多长的大铁锥，暗中放进江里，用以阻止晋船东下。
王濬造了几十个大木筏，每一个木筏，长、宽都有100余步。王濬让人扎了许多草人，草人披铠甲，拿兵器，放在大木筏上，让水性好的人与木筏走在前面，遇到铁锥，铁锥就扎到木筏上，被木筏带走了。王濬又造了许多大火把，火把长十几丈，有几十围粗，用麻油浇在火把上，把火把放在船的前面，遇到铁锁就点燃火把，一会儿功夫，铁锁就被火把烧得融化而断开，于是战船就无所阻挡。十八日，晋武帝下诏书说：“王濬、唐彬已经平定了巴丘，再与胡奋、王戎一同平定夏口、武昌，顺长江长驱直入，直到秣陵。
孙皓听说晋将王浑领兵南下，就派丞相张悌，督率丹阳太守沈莹、护军孙震、副军师诸葛靓率领部众3万人渡过长江迎战。
这时候，王浚从武昌顺着长江直接向建业进逼。孙皓派遣游击将军张象率领舟师1万人抵抗。张象的部下望见王浚的旌旗就投降了。这时候，江中满满的全都是身披铠甲的王浚的士兵，旌旗映照着天空，威猛的气势极其盛大。正是：“旌旗器甲，属天满江，威势甚盛，莫不破胆”(《晋书-王濬传》)，吴国人异常恐惧。
孙皓的宠臣岑昏，由于阴险狡诈、谄媚逢迎而爬上了九卿的地位。他喜好大兴工程劳役，使众人深受困苦与祸患。等晋兵就要到达的时候，宫中亲近的几百名随从官吏向孙皓叩头请求说：“北方的敌军一天一天地逼近了，而我们的士兵却不拿起武器抵抗，陛下您打算怎么办呢？”孙皓问：“是什么原因？”众人回答说：“正是由于岑昏的缘故。”孙皓只说了一句：“要是这样，就拿这个奴才去向老百姓谢罪吧！”众人答应“是！”从地上爬起来就去抓岑昏，等到孙皓后悔，不断地派人去追赶制止，群臣已以“今日之祸，皆岑昏之罪”，将他碎尸万段。
这时，王浑、王浚以及琅邪王司马伷都已逼近建业附近。吴国司徒何植、建威将军孙晏都把印玺、符节送到王浑那里投降了。孙皓为了活命，采用光禄勋薛莹、中书令胡冲等人的计谋，分别派遣使者向王浑、王浚、司马伷奉上书信请求投降。孙皓又给大臣们一封信，在信中深深地谴责了自己的罪过，还说：“当前，大晋平治四海，这正是杰出优秀的人材发挥、施展其气节操守的时期，不要因为改朝换代就因此丧失了志向。”孙皓的使者先把印玺送到琅邪王司马伷那里。
三月十五日，王浚的舟师经过三山矶（今南京西南），8万士兵乘着相连百里的战船，擂鼓呐喊进入石头城（今南京）。
孙皓仿效刘禅的做法：备亡国之礼，素车白马，肉袒面缚（两手反绑），衔璧牵羊，大夫衰服，士舆榇（把棺材装在车上），率领太子孙瑾等21人来到王濬营门。王濬亲解其缚，接受宝璧，焚烧棺榇。并派人将孙皓送到晋都。
据《晋阳秋》记载：“濬收其图籍，领州四，郡四十三，县三百一十三，户五十二万三千，吏三万二千，兵二十三万，男女口二百三十万，米谷二百八十万斛，舟船五千馀艘，后宫五千馀人。”残存的文武百官，也出城投降。至此，东吴政权灭亡。三国时代也就此结束。
这里的《晋阳秋》实际上是应该是《晋春秋》，因当年作者孙盛（著名的东晋史学家），为避讳东晋元帝司马睿妃郑阿春，所改。
晋朝廷听到吴已平定的消息，大臣们都去庆贺，为晋武帝祝寿。晋武帝手持酒杯流泪说：“这是太傅羊祜的功劳。”票骑将军孙秀没有和大家一起庆贺，他面朝南方流泪说：“从前，先主孙策刚满20岁，以一个校尉的身份创下了基业，如今后主把整个江南之地都抛弃了，宗庙陵墓从此将成为废墟，悠悠青天啊，这究竟是谁造成的啊！”孙秀是早年流亡到晋的东吴宗室。
太康元年（280年）四月二十八日，晋武帝司马炎下诏，赐予孙皓爵位归命侯。29日，大赦天下，改年号为太康。晋武帝派使者犒赏王濬的部队，聚餐饮酒5天。琅邪王司马伷派使者送孙及他的宗族去洛阳。