军卷土重来，这次的主攻目标是高氏集团的老巢平阳。
周军渡过黄河后，只用了9天时间就攻下了平阳。
周武帝留下一万精兵，由名将梁士彦守城，自己率军退回关中。
北齐的齐后主在一个月后才调集大军包围平阳，相持近一个月，也没能攻下这座孤城。
周武帝回到长安只过了一天就又动身返回战场，以8万精兵援救平阳，双方在平阳附近决战。
齐后主不顾士兵疲劳，抢先进攻，当进攻失利时，他惊慌失措，带了几十名亲信逃离战场，导致全军覆没。
周武帝严令各将领率军乘胜追击。齐后主逃到晋阳，无力再战，又逃往邺都。
北齐将领在北周军队的穷追猛打下，毫无斗志，纷纷溃散，晋阳城仅两天就告陷落。
周武帝领军直指邺都，齐后主把皇位传给8岁的儿子，史称齐幼主，自己继续往东逃命。
周武帝穷追不舍，很快又攻下邺都。北齐皇室部分成员逃入北方突厥境内，其余都被北周军队活捉。
北周武帝发动的这次灭齐之战，前后只花了4个多月的时间，就占领了北齐全境，得到50州、162郡、382县、30325万户。
自从北魏分裂以来，诸夏的北方大地再一次实现了统一。
西周的政治制度毕竟不能切合1000多年以后的社会，尤其北周制度所依据的《周礼》一书只是后世儒家对于西周礼制的理想化的追述，掺杂着大量的儒者的空想，按照这本书建立的制度必然滞碍难行。
所以北周一直采用灵活变通的办法，并不拘泥于制度的细枝末节。
周武帝时期已不再严格遵守宇文泰创立的制度，在统一北方后中原皇朝的正统地位已是牢不可破，为争正统、团结汉族士族的西周名号也就可有可无了，因此在官制方面逐步混用北齐所沿袭的魏晋制度，社会制度方面如均田制等等也转而采用北齐制度，在宇文泰改革的核心府兵制方面也进行了重要的调整。
公元574年，周武帝下令将所有的府兵军士改为直隶于皇帝的侍官，首先服从皇帝，其次服从统帅，消除了鲜卑族部落士兵的痕迹。
周武帝在灭齐后的第二年病死，太子宇文赟登