作为战国四大名将之首，伊阙之战可以说是他的成名之战。秦国自商鞅变法崛起之后，自秦昭王时期不再困守函谷关以西，开始积极谋求东出，而韩魏两国无疑便成为了秦国的首要攻打对象。面对秦国攻打，韩魏结盟共同抵抗，意识到危机的东周也趁机出兵，结果被白起避实击虚、逐个击破，以十二万秦军大败魏、韩、东周二十四万联军。
秦国远交近攻，韩魏东周联手抗秦
战国中期，齐秦两国共为东西两大强国，齐国与韩魏结盟先攻楚国，后攻秦国，甚至一度攻破函谷关，迫使秦国求和。然而，齐、韩、魏的联盟最终因孟尝君出逃齐国而产生裂痕，秦国则借机与齐国修复关系，开始推行远交近攻之策。
周赧王十九年（前296年），魏襄王和韩襄王先后去世，韩国、魏国国内局势因政权交替而产生动荡，秦昭襄王决定趁机东出，攻打韩魏两国。周赧王二十年（前295年）秦攻魏国夺取襄城，次年秦又兵分两路攻打韩国，秦将向寿夺取武始，左庶长白起则攻占新城。
韩国不敌之下，连忙向魏国求援，魏国也知道唇亡齿寒的道理，魏昭王立即派公孙喜率领魏国大军前去助战，韩魏联军向前线进发的同时，岌岌可危的周天子也派出军队，三方共同组成二十四万大军。
见韩、魏、东周联军竟然还敢发动反攻，秦昭襄王在魏冉的举荐下，升任白起为左更，接替向寿出任主将，率领秦军十二万抵御联军，伊阙之战就此爆发。
白起避实击虚，二十四万联军灰飞烟灭
周赧王二十二年（前293年），白起率领的十二万援军和魏将公孙喜率领的魏、韩、东周二十万联军先后抵达前线，双方在伊阙（今河南洛阳龙门阵）形成对峙局面。
伊阙此地地形奇特，其实并非天然形成，而是昔年大禹在此处凿山疏通河水，从山脉之间硬生生凿出了一条通道，从而使得两座山峰相对而立，远观似乎如天然门阙，又因伊水自两山之间自南向北缓缓流过，故称伊阙。
伊阙地势极为险要，虽然南北两端地形开阔，便于大军展开，但两山之间却较为狭窄，只是山间河水长期流淌冲刷出来的一条狭窄峡谷而已，大军通过极为困难，因而双方对峙良久，谁也不敢轻易发动进攻。
联军方面，东周基本可以忽略不计，军队其实主要以韩魏两国为主，而魏国此时虽然已经不复战国初期之雄风，但瘦死的骆驼比马大，与韩国相比，魏国无论是兵力还是军队战斗力，都要强盛许多，而韩国军队则相对较为单薄。
于是，韩国主将暴鸢便希望战斗力更强的魏国军队能够出任先锋，而联军主帅公孙喜却认为，魏国出兵本就是帮助韩国抵抗秦军，再加上韩国军队装备有强弩、坚甲、美盾、青铜头盔、铁幕，战斗力同样不容小觑，因此坚持认为韩军应该充当联军先锋。《战国策》对此有载“韩孤顾魏，不衣先用其众。魏恃韩之锐，衣推以为锋”。
正所谓“知己知彼，百战百胜”，白起派出大量斥候探听联军虚实，结果不仅得知了韩魏两军主将之间的矛盾，而且得知了韩魏两国军队分别安营扎寨，韩军在前、魏军在后的布置。针对这一请况，白起果断制定了避实击虚、逐个击破的策略。
白起先以少量疑兵布于阵前，多以旌旗和飘带立于阵前，摆出一副要对韩军发动猛攻的假象，韩军见状连忙整军备战，并派人通知后阵的魏军，结果导致联军主要经力被吸引到了正面。与此同时，白起则率领秦军主力绕至联军后方，突然自后对魏军发动了进攻，魏军毫无防备之下仓促应战，结果迅速被冲破营垒，各军只能各自为战。
魏将公孙喜眼看魏军就要崩溃，连忙向前阵的韩军求援，韩国主将暴鸢心里本来就有气，再加上自己正面的秦军旌旗飘扬、阵容威严，哪里肯回军援救，只是回复信使，他自顾不暇，没有多余军队可去增援。
魏军战斗力本就不及秦军，又是仓促应战，在没有韩军增援的请况下，迅速陷入溃败之中。直到后阵魏军开始溃散，韩军主将暴鸢才意识到上当，连忙调整部署应对后方攻来的秦军，然而哪里还来得及，在侧翼完全暴露的请况下，仓促调整之下不过是自乱阵脚。结果，还不等韩军调整完毕，后阵的秦军便迅速杀到，而他们正面的秦军同时发动猛攻，韩军在前后夹击之下，迅速溃败。
韩魏联军溃败之下四散而逃，秦军则紧追不舍，结果秦军不仅全歼韩、魏、东周联军二十四万，击杀联军主帅公孙喜，而且顺势攻占了伊阙及五座城池。
此战过后，韩魏两国门户大开，加之主力军队丧失已尽，两国再也无力抵挡秦军的东出，从周赧王二十四年（前291年）至周赧王二十六年（前289年），秦军接连攻打韩魏两国，先后攻占韩国的宛、叶、邓和魏国的轵、河雍、蒲阪、皮氏、河内郡等地。
