晋厉公采纳郤至的建议，决定统军迎战。又采纳范文子的儿子士匄的计谋，在军营内填井平灶，扩大空间，就地列阵，既摆脱不能出营布阵的困境，又隐蔽自己的部署调整。 

战前观察

楚军方面，楚共王在晋国叛臣伯州犁（晋伯宗之子。伯宗在晋被害后，伯州犁逃往楚国，时任大宰）陪同下，登上巢车（楼车），观察晋军在阵营内的动静。楚王问道：“晋军正驾著兵车左右奔跑，这是怎么回事？”伯州犁回答说：“是召集军官。”楚王说：“那些人都到中军集合了。”伯州犁说：“这是在开会商量。”楚王说：“搭起帐幕了。”伯州犁说：“这是晋军虔诚地向先君卜吉凶。”楚王说：“撤去帐幕了。”伯州犁说：“快要发布命令了。”楚王说：“非常喧闹，而且尘土飞扬起来了。”伯州犁说：“这是准备填井平灶，摆开阵势。”楚王说：“都登上了战车，左右两边的人又拿著武器下车了。”伯州犁说：“这是听取主帅发布誓师令。”楚王问道：“要开战了吗？”伯州犁回答说：“还不知道。”楚王说：“又上了战车，左右两边的人又都下来了。”伯州犁说：“这是战前向神祈祷。”伯州犁把晋厉公亲兵的位置告诉了楚共王。

晋厉公也在楚国旧臣苗贲皇（楚国令尹斗椒的儿子）的陪伴下，登高台观察楚军的阵势。苗贲皇在晋厉公身旁，也把楚共王亲兵的位置告诉了晋厉公。晋厉公左右的将士都说；“楚国最出色的武士都在中军，而且人数众多，不可抵挡。”晋厉公卜筮问吉凶，卜官说大吉。 

决战整日

苗贲皇熟悉楚军内情，向晋厉公提出建议说：“楚国的精锐部队只不过是中军里那些楚王的亲兵罢了。请分出一些精兵来攻击楚国的左右两军，再集中三军攻打楚王的亲兵，一定能把它们打得大败。”

晋厉公采纳苗贲皇的建议，由中军将、佐各率精锐一部加强左右两翼。在营内开辟通道，迅速出营，绕营前泥沼两侧向楚军发起进攻。首先击破楚军中薄弱的左、右军。
　　楚共王望见晋厉公所在的晋中军兵力薄弱，即率中军攻打，企图先击败晋中军，结果遭到晋军的抗击。晋将魏锜用箭射伤楚共王的眼睛，迫使楚中军后退，未及支援两翼。

楚共王召来养由基，给他两支箭，令其射魏锜。养由基一箭射中了魏锜的颈项，魏锜伏在弓套上死去，养由基携另一支箭向楚共王复命。战斗从晨至暮，楚军受挫后退，虽然楚王子公子筏被俘，楚共王也被射瞎一只眼睛，郑将唐苟为保护郑成公败逃而战死，但双方胜负未定。 （详参见《左传·成公十六年》）

楚军败退

楚共王决定次日再战。楚国的司马子反派军吏视察伤员，补充步兵与车兵，修理盔甲武器，清理战车马匹，命令次日鸡鸣时吃饭，整装待命，投入战斗。

晋国的苗贲皇也通告全军作好准备，次日再战，并故意放松对楚国战俘的看守，让他们逃回楚营，报告晋军备战情况。楚共王得知晋军已有准备后，立即召见子反讨论对策，子反当晚醉酒，不能应召入见。楚共王无奈，引领军队趁着夜色撤退。楚军退到瑕地时，子反为令尹子重所逼，畏罪自杀。 

战争结果

公元前575年（周简王十一年）农历六月三十日，晋军胜利进占楚军营地，食用楚军留下的粮食，在那里休整三天后凯旋回师。鄢陵之战，至此以晋军的胜利而结束。 

鄢陵之战后不久，晋国在宋国的沙随重会诸侯，谋划讨伐郑国，随后晋国、齐国、宋国、鲁国、邾国等国军队讨伐郑国，继而讨伐陈国、蔡国。郑国子罕出兵夜袭，宋国、齐国、卫国三国军队被击败。公元前574年（周简王十二年），郑国子驷主动出击，进攻晋国的虚、滑（今河南省偃师市），卫国出兵援救晋国。同年夏，楚国派遣公子成、公子寅领兵去郑国，帮助郑国抗击晋国。不久，晋厉公会同周、齐、宋、鲁、卫、曹、邾等国军队进攻郑国，楚国子重率军救郑国，晋国联军主动撤退。同年冬，晋国又会同上述各国军队讨伐郑国、围攻郑国，楚国公子申率军救郑，由于采用”三驾疲楚“的策略，各国军队因楚军进而联军退。 晋悼公采用”三驾疲楚“的策略，《左传》记载晋悼公（前586年－前558年）时晋“三驾而楚不敢与争”， 最终楚国无力应对。（详参见晋楚争霸及晋悼公三驾疲楚） 

战争影响

鄢陵之战是晋楚争霸战争中继城濮之战、邲之战后第三次、也是两国最后一次主力军队的会战。鄢陵之战标志着楚国对中原的争夺走向颓势。晋国虽然借此战重整霸业（晋悼公复霸），但其对中原诸侯的控制力逐渐减弱。