伐齐失败的教训，派上开府仪同大将军安定梁士彦为晋州刺史，留精兵一万镇守平阳城。
北齐后主高纬在周军进攻平阳的时候，正带领妃子冯淑妃在天池（今山西宁武县西南管涔山上）打猎，晋州告急的文书，从早晨到中午飞马传送了三次，右丞相高阿那肱居然不去报告高纬，理由是：“大家正为乐，边鄙小小交兵，乃是常事，何急奏闻！”一直到晚上，信使来说：“平阳已陷。”高阿那肱才上奏高纬战事情况，冯淑妃却要求高纬“更杀一围”。高纬竟然置如此紧急的战局而不顾，又和冯淑妃尽兴打起猎来。唐诗人李商隐《北齐二首》诗云：“巧笑知堪敌万机，倾城最在著戎衣。晋阳已陷休回顾，更请君王猎一回。”就是讽刺此事的。
十一月初，北齐后主率齐军主力十万到达平阳，开始将平阳城包围，昼夜不停地攻打。城中情况危急，城堞皆尽，城墙完好处不过数仞而已。齐周双方短兵相接，或交马出入。周外援不至，守城将士有些惊慌，梁士彦慷慨自若，对将士们说：“死在今日，吾为尔先。”于是周军奋勇争先，无不一以当百。齐军稍退，梁士彦立即命令城中军民乃至妇女，昼夜修城，三日就把城墙修好了。齐军挖地道攻城，城坍陷了一处，将士乘虚而入，可就在这紧急关头，高纬突然命令将士暂停攻城。原来传说晋州城西石上，有圣人遗迹，高纬要和冯淑妃同去观看，冯淑妃涂脂抹粉，耽误了很长时间才姗姗而来，这期间，周军早已抢时间用木板把缺口挡住了。高纬又恐城中射出的弩矢伤了冯淑妃，特抽出攻城的木料，筑造远桥。这样一折腾，齐军失去了攻城的有利时机。
十二月，周武帝从长安赶赴平阳，周军其他各路也聚集平阳，约有八万兵力，周军临城而阵，东西长达二十余里。起先，齐军怕周军猝然而至，曾想出一个办法，在城南穿堑，从乔山至于汾水，齐王高纬见周军到来，便下令齐兵在堑北布阵。周武帝命齐王宪前去探看虚实，齐王宪回来很有信心地对周武帝说：“请破之而后食。”周武帝听了十分高兴说：“如汝言，吾无忧矣！”周武帝乘着马，巡视周军，一边走，一边高声读出各军主帅姓名以示慰勉，将士喜于被知，精神更加振奋。
两军交战，实力不相上下，后来齐军略略后退，冯淑妃就惊慌失措地大声喊道：“齐军败啦！齐军败啦！”齐录尚书城阳王穆提婆急忙对高纬说：“赶快走，赶快走呀！”高纬带着冯淑妃慌忙向高梁桥逃去。齐师君主一逃，顿时军心大乱，连战皆溃，死者万余人。“军资甲仗，数百里间，委弃山积。”
平阳之战，北齐主力实际已被打垮。高纬逃回晋阳，想逃往北朔州（今山西朔县），进而投奔突厥。他一出晋阳城，群百纷纷逃离，连穆提婆见大势已去，也转而投奔周武帝去了。
齐后主高纬逃到邺城，企图重整军容，斛律孝卿请他接见将士，并为他事先准备好讲稿，告诉他要“忼慨流涕，以感激人心。”高纬走到将士面前，突然记不起该要讲的话，于是大笑起来。见高纬笑，左右随从也禁不住跟着大笑。将士们见此情景，都非常气愤，纷纷说：“你皇帝都不着急，我们还急什么！”于是皆无战心。
高纬在邺，还搞了一个禅位的把戏，将皇帝位子让给了八岁的儿子高恒，自己当起太上皇来。公元577年正月，周武帝率军攻破邺城，高纬于先一日逃往济州，又从济州逃往青州，准备投奔陈朝，为北周追兵所俘，送往长安，第二年被杀。
周武帝灭齐，统一北方，在历史上具有十分重大的意义。它结束了自东西魏分裂以来近半个世纪的分裂割据局面，使人民免受战争苦难，得以重建家园，恢复生产，从而促进了整个北方政治、经济、文化方面的广泛交流和发展，为隋统一中国(参见隋统一战争)奠定了坚实的基础。可以说，没有北周北齐的统一，就没有后来南北朝的统一。
周武帝一生戎马倥偬，能和将士同甘共苦，身先士卒。他“锐情教习，至于校兵阅武，步行山谷，履涉勤苦，皆人所不堪……每宴会将士，必自执杯酒或手付赐物。至于征战之处，躬在行陈”，故“能得士卒死力”。
周武帝一生，勤于政事，生活简朴，平居常穿布衣，盖布被，后宫不过十余人。前宇文护掌权时所建宫室，“悉令毁撤，雕斲之物，并赐贫民”。连《资治通鉴》作者司马光也不止一处谈到他“性节俭”，称赞说：“周高祖可谓善处胜矣！他人胜则益奢，高祖胜而愈俭。”
周武帝不愧为南北朝时期的一代英主，可惜正当他打算“平突厥，定江南”，实现统一全国理想的时候，不幸于出征前夕病逝。
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末期：骄奢淫逸的周宣帝
北周宣帝宇文赟（公元559年—公元580年），在位1年。性格矫饰荒淫。父宇文邕，母李太后。字乾伯，宇文邕长子，他是个暴虐荒淫的皇帝。宇文赟即位前，父亲武帝对他管教极为严格，曾派人监视他的言行举止，甚至只要犯错就会严厉惩罚。578年武帝去世后，宇文赟即位，即位後他沉湎酒色，又大肆装饰宫殿，且漤施刑罚，经常派亲信监视