但统帅子玉刚愎自用，不听成王知难而退的告诫，坚决不撤宋围。成王亦存侥幸取胜心理，又给子玉补充了少量兵力。子玉为寻找借口与晋决战，提出晋要曹、卫复国才解宋围的要求。晋文公不好公开拒绝，遂将计就计，私下答应曹、卫复国，但必须以与楚断交为条件，同时扣留楚国使者，以激怒子玉北上决战。
果然，子玉忿而北上，弃宋直扑曹都陶丘（今山东定陶东北）的晋军驻地。晋文公下令全军“退避三舍”（一舍30里），以答谢自己过去流亡楚国时受到的礼遇和当时许下的诺言。这样既可以避开楚军锋芒，又可靠拢齐、秦军队，便于声援。城濮之战中，子玉以为晋军畏惧，率军追至城濮。两军对垒，晋军分上、中、下三军部署：上军在右，下军在左，中军居中，先轸及晋文公坐镇中军指挥。
楚联军亦按左、中、右三军配置：陈、蔡军编为右军，实力较弱；一部楚军编为左军，战斗力较强；中军为楚军精锐，由子玉指挥。二十一年四月初二，决战开始。晋下军把驾车的马蒙上虎皮，首先向楚右军发起猛攻，陈、蔡军一触即溃，全军瓦解。这时，晋上军竖起两面大旗，并在阵后扬起尘土，佯装后退。
子玉不察虚实，下令左军追击。待其突出之时，晋元帅先轸指挥中军向其暴露翼侧攻击，断其退路，晋上军亦回头夹击。楚左军大部被歼。子玉见两翼均败，大势已去，急忙下令收兵，退回楚地。城濮一战终以晋胜楚败而告终。战后，晋文公在践土给周襄王修了行宫，还把陈、蔡和楚国的俘虏献给周天子。
晋及齐、鲁、宋、卫等七国国君和周王室大臣王子虎订立盟约，正式称晋文公为盟主。不久又会诸侯于温，周襄王也被请赴会，任命晋文公为诸侯之长，命他安抚四方，监督和惩治危害周天子的人，从此晋文公成为诸侯霸主。晋国击破了弥漫中原荆楚入侵势力，压迫其退回原有之桐柏山大别山以南地区，使中原复呈安定之象。
于是中原诸侯之逼于威势而附楚者，鲁、曹、卫、陈、郑等国皆脱离楚国复回至中原集团，听从晋国之领导。后，晋国举办“践土之盟”。此次盟会，周襄王策命晋文公为 “侯伯 ”，并给了晋 文公“敬服王命，以绥四国 ,纠逖王慝 ”的任务，晋拥有了 代表周王室行使征伐大权的 “尚方宝剑 ”。
