晉、楚兩國的戰爭不可避免了。子玉派大夫鬥勃到晉營挑戰說：“我們請求同您的戰士作戲，您可以靠在車前扶手的橫木上觀看，得臣(子玉的名)也將奉陪參觀。”晉文公也不示弱，他叫欒枝答複說：“貴國請戰的事，我國的國君已經知道了。楚君的恩惠不敢忘記，所以我們才退到這兒。既然得不到貴國的諒解，隻好煩你轉告你們的主將，準備好戰車，謹慎地執行你們國君交付的任務。明天清早，我們在戰場上見麵吧。”
晉軍有戰車七百輛，士兵五萬二千五百人，裝備都已經齊全。戰鬥開始以前，晉文公登上古代有莘氏的廢墟，檢閱全軍。他說：“上下一致，紀律嚴明，可以同楚軍一戰了。”接著，他吩咐戰士們砍伐樹木，作為補充武器。第二天，也就是四月初四日，晉軍在城濮擺開陣勢，等候對敵。
楚國的軍隊，分為左、中、右三軍。左軍由子西率領。右軍是陳、蔡的軍隊組成的，由子上率領。中軍是主力，子玉親自指揮。子玉過低地估計了晉國的力量，過高估計了自己的力量。在決戰以前，他還誇口說：“今天晉國一定要完蛋了！”
會戰開始，晉文公命令下軍副將胥臣率領一支部隊，首先向楚的右軍進攻。胥臣把駕車的戰馬都蒙上虎皮，向前衝去。陳、蔡聯軍的戰馬驚懼起來，伏倒在地。士兵也驚惶失措，紛紛棄陣逃跑。楚國的右軍崩潰了。接著，晉上軍主將狐毛假充中軍，豎起兩麵大軍旗(當時主帥統率的中軍才有兩麵大旗)，裝作要退兵的樣子。同時，下軍主將欒枝也叫人用戰車拉著樹枝，揚起塵土，假裝敗逃。楚軍看到這種情景，誤認為晉國的主帥敗退了，就驅馬追擊。晉將見楚軍中計，先軫、邯溱就指揮中軍(就是晉文公統率的親兵)，攔腰衝殺過去。狐毛、狐偃也指揮上軍，夾攻子西。楚國的左軍也崩潰了。隻有子玉及時收兵，才沒有全軍覆滅。
就這樣，城濮之戰以楚國的失敗和晉國的勝利而結束了。
在這次戰役裏，晉軍俘獲了楚國的戰車一百乘，步兵一千人。戰鬥結束以後，晉軍在城濮休整了三天，吃的是楚軍積聚的糧食。四月初八日，晉軍高唱凱歌，班師回國。
楚成王本來就不大同意子玉同晉國作戰，這回聽說楚軍戰敗，更是生氣。他派使者對子玉說：“申、息兩地的子弟跟從你出征，現在都戰死了。你活著回來還有什麼麵目見他們的父老?”意思是要子玉自殺。使者沒有到達以前，子玉也曾經想自殺，結果被子西和子玉的兒子大心勸止。所以子西和大心聽了使者的那番話以後，便急忙替子玉辯解說：“子玉本來也想自殺，是我們阻止了他，要他回國接受國法的製裁。”使者把子西和大心的話轉告楚成王。楚成王感到說得有理，於是又差遣使者向子玉傳達免死的命令。但是，在使者還沒有趕到以前，子玉已經在連穀(楚地名)自殺了。
子玉雖然驕傲自大，缺少計謀，但仍舊不失為楚國的一員猛將。因此，晉文公聽到子玉自殺的消息，高興地說：“以後就投有人同我作對了。”
晉國在城濮大戰中的勝利，大大提高了它的聲威。從前同楚國關係密切的一些諸侯國，許多都來向晉國討好。城濮戰役前三月，鄭國國君還到楚國拉關係，現在聽說楚國打敗了，非常恐懼，趕緊去同晉國訂立盟約。其他一些諸侯國，也陸續來歸附晉國。這樣，就改變了戰前晉、楚兩國力量的對比，實際上確定了晉國的霸主地位。