公元328年七月，石勒派石虎率领四万大军从轵关（今河南济源西）西进，全面出击前赵的河东一带。地方上响应石虎大军的多达五十几个县，石虎于是一路直下进攻蒲阪（山西运城）。前赵皇帝刘曜派遣河间王刘述发动氐羌少数民族的部众驻守在秦州以防备西凉的张骏和仇池的杨难敌，自己率领各路水陆精锐前去救蒲阪，从卫关北渡黄河。石虎惧怕而退兵。刘曜追击他们，于八月份在高候（今山西闻喜）赶上石虎，把后赵军队打得落花流水，阵斩大将石瞻。后赵将士的尸体遗留在路上，长达二百馀里。刘曜还收缴了对方的兵器不计其数，石虎逃到朝歌（今河南淇县）去。刘曜在大阳（今山西平陆）渡过黄河，进攻驻守金墉的石生，决开千金坝把大水灌进城内。刘曜又分别派遣部将进攻汲郡和河内（今河南新乡一带），后赵荥阳太守尹矩和野王太守张进等人都望风而降。后赵都城襄国为之大震。
冬十一月，石勒想要亲自带兵救洛阳，大臣郭敖和程遐等人一再劝阻道：“刘曜乘胜进军，气势雄盛，现在很难与他争锋。金墉储粮丰富，他们未必很快可以攻拔。刘曜悬军千里，势必不能持久。大王不宜亲自出动，这不是万全之计。”石勒大怒，按剑叱喝程遐等人出去。石勒这时想起了被囚禁的徐光，便赦免了他，召来问道：“刘曜乘一战之胜，围困洛阳，庸人们的意见都以为他的锋芒势不可当。刘曜带甲十万，但攻一城而百日不克，早已师老卒怠。以我们养精蓄锐已久的大军进击他们，可以一战解决问题。如果不这样，一旦洛阳失守，刘曜必然乘胜围死冀州，渡过黄河北进，席卷而来，我的大事就都完了。程遐等人一再不让我亲自出动，爱卿以为如何？”徐光道：“刘曜乘高候大捷的气势，却不能直接进逼襄国，反而去守卫金墉，他的无能由此可见。依靠大王的威信和高明的战略，如果高举天子鸾旗，御驾亲征，对方必然望风披靡，望旗奔败。平定天下，在今一举。陛下千万不可失去这一机会。”石勒笑道：“爱卿的话太对了。”
石勒信奉的僧人佛图澄也跟石勒说道：“陛下的大军一旦出动，生擒刘曜没有问题。”石勒更加高兴，便命令内外戒严，再有反对亲征的斩无赦。石勒于是命令大将石堪和石聪以及豫州刺史桃豹等人各自统领部队在荥阳会师；派石虎进据石门，让石虎儿子左卫将军石邃负责朝中军事，然后石勒亲自统领步骑四万人直奔金墉，从大堨渡过黄河。
早些时候，黄河上冰块流动湍急，风势凶猛；待到后赵大军来到时，冰都化了，水面清和。大军刚刚渡河完毕，冰块又突然大量流下来，石勒便以为自己得到神灵的赞助，便把渡口命名为灵昌津（今黄河花园口附近）。石勒跟徐光说道：“刘曜如果把大军驻扎在成皋关，那是上策；如果派大军把我们阻拦在洛水（今洛伊河）之南，那是其次；如果坐守洛阳，他就完蛋了，等着束手待擒吧。”
十二月，后赵各路大军在成皋集中，步卒六万人，骑兵二万七千人。石勒见前赵在这一带并无守兵，大喜过望，举手先指着天空，然后又指着额头，说道：“天助我也！”于是卷甲衔枚，静悄悄地从小道急行军，走在巩县和訾县（今河南巩义）之间。
刘曜驻军在洛阳边上的金墉，整天和嬖臣饮酒赌博，毫不抚恤士卒。身边有些谋臣劝谏他，刘曜大怒，认为是妖言，居然把他们杀了。听说石勒已渡过黄河，刘曜才开始商议增加荥阳的卫戍部队，坚守黄马关。不久，守卫洛水的前赵军队和后赵前锋交战，捉到一些羯兵送来。刘曜问他们：“大胡自己来了吗？兵马有多少？”羯兵答道：“赵王亲自出来，军势非常强盛。”刘曜当场脸色大变，马上命令放弃金墉之围，在洛水西岸布阵，十多万的部队南北连绵十馀里。石勒望见，更加高兴，跟身边的随从说道：“可以向我道贺了！”石勒于是率领步骑四万人从宣阳门进入洛阳城，登上以前的太极前殿。
不久，石虎率领三万步兵从城北西进，进攻前赵的中军，石堪和石聪等人各自率领精骑八千从城西北进，出击前赵的前锋，和他们在西阳门大战。石勒亲自穿上甲胃，率军从阊阖门出来，夹击前赵军队。刘曜少年时就嗜酒，晚年越来越厉害。战役即将展开时，他还喝了好几斗酒。他平常乘坐的赤马无缘无故停下不走了，刘曜只好换乘小马。待到出战时，又喝了一斗多酒。到西阳门时，他在平地上布阵。石堪的精骑趁机向他们猛冲，前赵士兵不战自溃。刘曜还醉醺醺的，也急忙退走，结果战马陷在石渠里，刘曜跌到冰上，身上受到箭疮十馀处，有三处贯穿了他的身体，于是被石堪的士兵捉获，送到前线去出示给将士看。石勒因此大破前赵兵马，斩首五万馀级，尸体堆满了金谷。石勒下令道：“朕想擒拿的只一人而已，现在已经捉住他了。朕下令将士抑锋止锐，为地方将士放开一条归命之路。”
刘曜见到石勒，说道：“石王，还有点记得当年重门之盟吗？”石勒让徐光跟他说：“今日之事，是老天注定的，再谈往日的事情又有什么用处！”不久，石勒便班师回河北，让征东将军石邃带兵护送刘曜。刘曜箭疮十分严重，便用马车载他，派金疮医师李永和他同车，便于治疗。
回到襄国后，石勒将刘曜安置在永丰小城，供给他妓妾，派兵严格守卫。北苑市三老孙机上礼求见刘曜，石勒答应了。孙机敬酒给刘曜道：“仆谷王，关右称帝皇。当持重，保土疆。轻用兵，败洛阳。祚运穷，天所亡。开大分，持一觞。”刘曜说：“这敬酒词做得好！我当为老翁一饮为快。”石勒听说后，凄然改容道：“亡国之人，足以令老叟数落。”
石勒又让刘岳和刘震等被俘的刘家宗室男女穿戴华丽地去见刘曜。刘曜说：“我以为你们早都成为灰土了，石王仁厚，所以保全你们直到今天！我当年杀了石佗，相比之下惭愧多了。今日的灾祸，算是自取的。”便留下他们赴宴，喝了一整天酒后才让他们离去。石勒让刘曜给他的太子刘熙写信，命令他尽快投降。但是刘曜只告诫刘熙与各位大臣“匡维社稷，不要因我而更改原意。”石勒听说信的内容后很不高兴。刘曜最终还是被后赵杀了。
前赵太子刘熙听说刘曜被俘，大为恐惧，便和兄长南阳王刘胤谋求西保秦州。尚书胡勋劝道：“今天我们虽然丧失君主，但境土还算完整，将士也不反叛，理当并力抗拒石勒。到实在力不能拒时，再走也不晚。”刘胤大怒，认为他捣乱军心，把他杀了，然后带领百官逃到上邽（今甘肃天水），各个征镇也都放弃所守的城池，跟他们一道跑了。关中因此大乱。前赵将军蒋英和辛恕带领几十万大军据守长安，看到大势已去，便遣使投降了后赵，后赵派遣石生率领洛阳的军队来到长安接管。
公元329年春，石勒巡行各个州郡，引见被提名为高年、孝悌、力田、文学的地方人士，赐给他们不同数量的谷物棉布。石勒还下令远近的地方长官明白宣告下属城镇，大家都应该畅所欲言，没有任何隐讳，让百姓都知道他的朝廷渴望忠谠的进言。
秋八月，前赵南阳王刘胤率领几万大军从上邽直奔长安，陇东、武都、安定、新平、北地、扶风、始平各个郡县的汉人和少数民族都起兵响应。刘胤在仲桥（今陕西醴泉）驻军，石生在长安闭城自守，石虎率领二万骑兵前往相救。九月，石虎在义渠（今甘肃庆阳）大破前赵兵，刘胤逃回到上邽。石虎乘胜追击，一路杀死的前赵士兵的尸体遗留千里之地。上邽于是崩溃，石虎活捉了前赵太子刘熙、南阳王刘胤及其王公上卿将校以下三千多人，把他们都杀了，又把前赵的台省文武大臣、关东流民、秦雍大族九千多人迁移到襄国。石虎故伎重演，在洛阳又把五郡的五千多匈奴屠各人活埋了。
石虎攻克上邽后，派主簿赵封将传国玉玺、金玺、太子玉玺各一枚送给石勒。石虎又进攻在河西的集木且羌人，俘虏了几万人，从此秦陇一带都被后赵平定。晋凉州牧张骏大为恐惧，急忙派遣使者向石勒称籓，为他上贡地方特产。
当地的氐王蒲洪和羌酋姚弋仲都投降了石虎。姚弋仲劝说石虎道：“明公握兵十万，功高一时，正是实行大权订立政策的时候。陇上豪杰众多，秦风猛劲，即使对手很强盛他们也总是最后才降服，而一旦对手不行了他们总是首先反叛。明公因此必须迁徙陇上的豪强到外地去，从根本上削弱他们，这样才能充实你们的根基。”石虎采纳了他的建议，便上奏任命蒲洪为冠军将军，负责六夷的军事，任命姚弋仲为六夷左都督。石虎然后把氐羌等十五万少数民族部落迁移到司冀二州。
前赵自此正式灭亡。前赵自从刘渊于公元304年建都左国城自称汉王到现在，一共存在了25年。如果从公元319年刘曜平定靳准之乱后改汉为赵算起，则只有10年。
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