与此同时，王浑的大军也到达了江北。孙皓派出的军队皆被晋军击败，丞相张悌等人战死。这年三月，王濬攻入石头城。孙皓无计可施，“面缚舆榇”，向晋军投降。至此，吴国灭亡，三国鼎立后的吴、晋两国对峙的局面结束，全国重归一统。
当孙皓投降的消息传到洛阳时，举朝庆贺。司马炎拿起酒杯，追念羊祜当年为经营平吴战争耗尽心血，不由得潸然泪下，说道：“这都是羊太傅的功绩啊！”108
南下将士在前方浴血奋战，远离前线的主帅贾充却上表称东吴不易平定，要求司马炎班师回朝，还要求将张华腰斩。荀勖也随声附和。就在这时，平吴的捷报进京，贾充丑态毕露。司马炎丝毫没有责怪贾充的意思，反而极力宽抚。
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平吴后，司马炎为稳定新征服地区的人心，封孙皓为归命侯，赏赐大量的衣物、车乘、钱谷，还安排了一些随降的吴国朝臣和大族为官。对于北渡的吴国将吏和百姓，他分别给予免除赋役十年或二十年的优待。