正始十年（公元249年）正月，司马懿乘大将军曹爽陪小皇帝曹芳去京城以南的高平陵祭祀魏明帝曹睿之机，以迅雷不及掩耳之势发动政变。他调集敢死劲卒三千人控制了洛京，亲自率部据守洛水浮桥，扼制住各条要道，同时逼迫太后发布诏书，声讨曹爽罪行。
司马懿冒险成功了，无谋无勇、不敢绝地反击、背水一战的曹爽被迫交出了兵权。曹爽交权的目的是想以此换取在洛阳眷属的平安以及保证其身家性命不受侵害。不久，老谋深算、阴狠毒辣的司马懿出尔反尔， 一举诛杀了主动投降的曹爽，为斩草除根还将其家族的男女老幼、亲信党羽数千人诛戮殆尽。史称“高平陵事变”。
史载，司马懿外宽而内忌，善于韬光养晦、耍弄权术。诛灭曹爽集团时，其嗜血残暴的本性显露无疑，举凡曹氏三族、亲信党羽、门生故吏的三族都不能幸免。男女老幼、甚至姑表姐妹早已嫁人的，也全在斩首之列。据记载被杀者多达七千余人。高平陵事变后，曹魏政权实际上已经逐渐被司马氏所掌控。两年后，七十一岁的司马懿故去，其子司马师、司马昭兄弟俩相继执政。在这段时间内，忠于曹魏的内外重臣、特别是一些由曹操栽培、攫拔的文武官员接二连三起兵反抗，但先后都被司马氏调集重兵给镇压了下去。
司马懿死后，司马师废黜掉曹芳，改立高贵乡公曹髦为帝。
早在司马懿还活着时，一些忠于曹魏的将领就曾起兵反对他，可惜都没成功。
譬如齐王（曹芳曾封齐王）十二年，都督扬州诸军事的王凌就秘密聚集力量以反攻司马懿，然而事机不密，被司马懿侦知，遂率军队出其不意地发起进攻。王凌措手不及，只得仓促应战。司马懿擒获王凌后，把他送回洛阳，王凌在路上服毒自尽了。
也在这一年，司马懿病殁，其子司马师接了他的班。到齐王十五年，中书令李丰，张皇后的父亲张缉，又密谋策划干掉司马师，再将曹爽的姑表兄弟夏侯玄扶上位代替他。又因事情败露，都被司马师给杀害了。司马师很恼火，干脆废黜掉齐王曹芳，改立魏文帝曹丕的曾孙高贵乡公曹髦为帝。
次年，扬州都督毋丘俭 、扬州刺史文钦起兵反对司马师。司马师亲率大军前去讨伐，和毋丘俭 、文钦的军队对峙、相持。因兵力单薄，毋丘俭军大败亏输，二人乘乱逃逸，毋丘俭在逃亡路上死于乱军中，文钦逃奔吴国。
在平定毋丘俭之乱时，司马师本已有伤在身，因关系重大，不得已带伤亲征。得胜后，刚一班师回到许昌就死了。他的弟弟司马昭接替其位。
两年后，新继任的扬州刺史诸葛诞（诸葛亮族弟）又起兵讨伐司马昭。这一次，诸葛诞吸取了以往两次起事的失败教训，他知道司马昭权力已稳固、兵雄势大，不容易凭武力战胜他，所以事先暗中和东吴取得联系，争取外援，并采取守势，坚守不战。
东吴派降将文钦率军前去增援他，还另外派兵以为呼应。诸葛诞有了依靠，坚定了守城的信心，司马昭费了很大力气才将诸葛诞包围起来，又分兵堵截住了东吴援军。依靠人多势众，居然一举攻克寿春。诸葛诞与文钦有矛盾，突围时竟乘乱袭杀文钦，仅率数骑逃出寿春，途中被（曹魏，西晋将领）大将军胡奋的部属击杀。之后，司马昭下令将诸葛诞三族尽诛。
寿春被攻破后，诸葛诞的亲信部属三百多人全部被俘，无一人愿降，最后全部引颈就戮。从此以后，忠于曹魏的文武官员就再也没有人敢于起兵对抗司马氏集团了。
司马昭在平定了诸葛诞的反叛后，杀害了铤而走险、率卫士与宦官攻击自己的曹髦，立曹奂为帝，军政大权完全集中在司马昭的手上。之后，司马昭出兵灭蜀 。公元265年，司马昭的儿子司马炎废掉了曹奂，改国号为晋，定都洛阳，改历法，大封群臣，建立起一个新王朝——（西）晋。十五年后，晋军攻灭东吴。这段历史被称作“三国归晋”。