囊瓦起初同意了沈尹戍的建议，可是待沈尹戍奔赴方城后，却又听从武城黑和史皇的挑拨怂恿，出于贪立战功的心理，而一改原先商定的作战计划，采取冒进速战的方针，不待沈尹戍军完成迂回包抄行动，即擅自单独渡过汉水向吴军进攻。
吴军见楚军主动出击，大喜过望，遂采取后退疲敌、寻机决战的方针，主动由汉水东岸后撤。囊瓦果然中计，尾随吴军而来，自小别（在今湖北汉川东南）至大别（今湖北境大别山脉）间，连续与吴军交战，但结果总是失利，由此而造成士气低落、军队疲惫。
吴军见楚军已陷入完全被动的困境，于是当机立断，决定同楚军进行战略决战。
十一月十九日，吴军在柏举（今湖北汉川县北，一说湖北麻城）列阵迎战楚军。阖闾弟夫概认为囊瓦素来不得人心，楚军无死战之志。因此主张吴军立即主动发起攻击。指出，只要吴军一进攻，楚军就必然溃逃，届时再以主力投入战斗，必能大获全胜。
但阖闾出于谨慎而否决了夫概的意见。夫概不愿放弃这一胜敌的良机，便率领自己的五千部属奋勇进攻囊瓦的军队。楚军一触即溃，阵势大乱。阖闾见夫概部突击成功，乃乘机以主力投入交战，扩张战果，大胜楚军。
囊瓦失魂落魄，弃军逃奔郑国，史皇战死沙场。
楚军主力在柏举决战遭重创后狼狈向西溃逃。吴军及时实施战略追击，尾随不舍。终于在柏举西南的清发水（今湖北安陆西的涢水）追及楚军。
吴军“因敌制胜”，用“半济击”的战法，再度给渡河逃命中的楚军以沉重的打击。吴军继续追击，至雍澨（今湖北京山西南）追及正在埋锅造饭的楚囊瓦军残部，大破之。并与由息（今河南息县西南）回救的楚军沈尹戍部遭遇。经过反复激烈的拼杀，楚军又被战败，主将沈尹戍伤重身亡。
至此，楚军全线崩溃，郢都（今湖北江陵西北）完全暴露在吴军面前。吴军长驱直入，势如破竹，五战五胜，于十一月二十九，一举攻陷郢都。楚昭王凄凄惨惨，惶惶如丧家之犬逃往随国（今湖北随州）。
柏举之战遂以吴军的辉煌胜利而告终结。至于吴军入郢后上下忘乎所以，纵暴郢都，内讧迭起，在秦楚联军的反击下，军事、政治均陷于被动，最后被迫退回吴国，那已是后事了。用孙武自己的话来说，这便是“夫战胜攻取，而不修其功者，凶。命曰费留”。
柏举之战是春秋晚期一次规模宏大、战法灵活、影响深远的大战。
吴军灵活机动，因敌用兵，以迂回奔袭、后退疲敌、寻机决战、深远追击的战法，一举战胜多年的敌手楚国，给长期称雄的楚国以十分沉重的打击，从而有力地改变了春秋晚期的整个战略格局，为吴国的进一步崛起，进而争霸中原奠定了坚实的基础。
吴军的取胜，首先是修明政治、发展生产、充实军备的结果。其次也是善于“伐交”，争取晋国的支援和唐、蔡两国的协助的产物。
其三，也是最为重要的一点，是在于其作战指导上的高明。
一是采取疲楚误楚的正确策略，使楚军疲于奔命，并且松懈戒备；
二是正确选择有利的进攻方向，“以迂为直”，乘隙蹈虚，实施远距离的战略袭击，使楚军在十分被动情况下仓猝应战；
三是把握有利的决战时机，先发制人，一举击败楚军的主力；四是适时进行战略追击，不给楚军以重整旗鼓、进行反击的任何机会，最终顺利地夺取战争的胜利。
楚军的失败，其政治、外交上的原因，在于其政治腐效、内部动乱、将帅不和、四面树敌、自陷孤立。
从军事上看，则在于其疏于戒备，遭致奇袭；在于其主将贪鄙无能，临战乏术；在于其轻率决战，一败即溃。
宋王偃诘问道：“既然孙武为将，千里破楚，五战五捷，何以我宋国无人可行？我宋国无人乎？无勇者乎？”