白起在戰前很注重收集信息，根據對方情況部署戰局，運籌帷幄，司馬遷評價白起為“料敵合變，出奇無窮，聲震天下。”白起站在伊闕的小山坡上，觀看聯軍的陣型，發現韓軍在前，魏軍在側後方，前方探子回報魏、韓兩軍主帥相互推諉的情況，白起因此決定采取聲東擊西的計策。
大戰開始，白起先在陣前布置了少量兵力，但帶了大量的旗幟擺在陣前，白起讓小部隊佯攻韓軍，讓韓軍錯以為秦國的主力在打自己。秦國的主力則已經繞道到聯軍的背後，向魏軍發動猛攻。尹闕地勢險隘，公孫喜麵對秦國的猛攻一時間來不及布陣應對，倉促之間被白起帶領的主力打得七零八落。
公孫喜馬上派人通知韓軍過來支援，但韓軍拒絕了，他們說秦國主力在進攻自己，已經自身難保了。在秦軍的猛攻下，魏軍抵擋不住，很快就被打敗了。擊敗魏軍後，白起再對韓軍發起攻勢，得知盟友已經被打敗了，韓軍戰意全無，很快就潰敗而逃。至於東周國那小隊兵，早就開溜了。
三國聯軍潰逃，白起乘勝追擊，殺得屍橫遍野，二十四萬聯軍幾乎團滅，主帥公孫喜被殺，白起占領了尹闕及五座城池。
尹闕之戰白起以少勝多，團滅對手，就此一戰成名，被提拔為庶長，接替了向壽的崗位。尹闕之戰是白起的成名戰，也是魏、韓被滅的開端。兩國在此戰中精銳儘喪，國力大損，被迫割地求和，但秦國不給喘息的機會，讓白起帶兵渡過黃河，攻占了韓國安邑（今山西運城市夏縣西北）以東的大片土地。
在接下來的五年裡，秦昭襄王派白起、司馬錯繼續蠶食魏、韓土地，陸續占領了韓國的宛（今河南南陽市宛城區一帶）、葉（今河南葉縣南）、鄧（今河南孟州市西）；攻占了魏國的軹（今河南濟源縣東南）、河雍（今河南孟州市西）、蒲阪（今山西永濟市北）、皮氏（山西省河津市西）、河內郡六十一座城池，徹底掃平了秦國東進中原的道路。
魏國、韓國此時就像砧板上的肉，就等秦國什麼時候宰割了。秦昭襄王沒有一口氣滅亡魏、韓，他怕引起其他國家的強烈反擊，畢竟齊、趙、楚還是很有實力的，他們不會放任秦國吞並魏、韓，秦昭襄王暫時收手，等待時機，時機很快就來了。