鲁庄公十年春正月，齐鲁两军在长勺展开决战。初春时节的天气依然十分寒冷，交战双方在东方泛起鱼肚白之时便开始列阵，料峭的寒风刮得战旗猎猎作响。曹刿与鲁庄公乘同一辆战车，充当他的车右，。
齐军的人数和心理占据优势，但人们各怀心事，而鲁军的取胜信念却非常坚定。列阵完毕齐桓公便开始击鼓，齐军的方阵开始向鲁军防线缓缓推进。鲁庄公扬起鼓锤准备发起对攻，但是曹刿阻止了他，要求鲁军专于防守。
双方的前列很快就发生了接触战，鲁军各排士卒紧紧贴在一起，形成一堵重厚的人墙；双方胶着在一起，前排的士兵倒下去了，后面立即填补上去。齐师只有前一两排士兵能够参与进攻，人数优势无法发挥。
齐桓公见进攻受阻，便命令军队撤退，齐国士卒撤退时还不停回头嘲笑鲁国人胆小。齐桓公和高傒分析局势后临时变更了战术方案，他们决定调整进攻方向，强攻敌人的侧翼。齐师稍作休整，齐桓公再次击鼓，鲁军根据敌人的行动也调整防御阵型，加强对侧翼的保护。齐国人第二次进攻也没有奏效，然后便发动第三次进攻。这时，从齐桓公到普通士卒都开始变得心浮气躁了。
当齐人第三次撤回时，曹刿大喊道：“进攻吧！”鲁庄公奋力击鼓，鲁军数十面战鼓强烈回应着君主的命令，鲁军如狂风乍起般发起进攻。齐国人在先前进攻过的程中越来越确信这将是一场敷衍了事的战斗，认为鲁国人不敢与自己展开对攻；既然敌人不敢应战，他们马上就可以耀武扬威地回国了。
但是齐军立即遭到了群狼入界一般凶狠的进攻。这个战术是曹刿为长勺之战量身定制的，不要说高级军官，即便鲁庄公事先也不知晓计划内容；齐师士气已衰，鲁军怒气充盈，因此突发的变故给敌人造成的杀伤也就更大。
刚才还不可一世的齐国人现在转而可耻地逃跑了。鲁庄公将要传令追击，但是又被曹刿阻止了。他跳下来查看敌人的车辙印记，又登高眺望敌人的旌旗队形，然后才说道：“可以了！”鲁军于是全力追击敌人，直到筋疲力竭为止。
长勺之战以鲁国完胜而告终，鲁国人终于长出一口恶气；鲁庄公为军队举行了一次盛大的振旅仪式，鲁国已经好久没有举行这种庆典了，人们似乎又看到了国家振兴的希望——也仅仅是希望而已。
鲁庄公拜曹刿为大夫，他问曹刿本次取胜的原因。曹刿说：“战斗力的源泉在于勇气。一鼓作气，再而衰，三而竭；齐师三鼓之后已经气竭，而我方充盈，所以能够取胜。另外，齐是大国，大国行为难测，臣害怕敌人佯败，引诱我军进入圈套；后来臣看到敌人车辙凌乱，军旗倒覆，士卒四散狂奔，不像诱敌行为，所以才敢于防守追击。”
齐国人垂头丧气地返回临淄。齐桓公下令成立一个调查组，对本次出征情况、战败的原因及过程进行彻查。调查结果令齐国人普遍感到震惊。
齐桓公扬着手中的竹简对大夫们说：“齐国从来没有发生过这么丢人的事！堂堂大国之师、炎帝后裔、太公子孙，竟然被一个小国军队追得丢盔卸甲，真是丢尽了国家和祖先的脸！战败不可怕，可怕的是战败的原因！
“大家看看都发生了什么吧：军队中很多编队都不满员，有的百人队甚至没有百夫长！有些人甚至用家里的奴隶代替自己服役，有的人居然用老弱的瘸马驾驶战车！把国家的死生之事当做儿戏，这样的罪行寡人还要公布多少呢！这次出征的实际上是一支兵员不足、役从匮乏、辎重短缺的军队！
“寡人要问问那些罪人：你们是不是以为自己违反军法没有尽职，寡人也可以违反军法放过你们？你们背叛了国民、背叛了社稷、背叛了公室，就是国家的叛徒！诸侯没有爱护齐国的义务，却有损害齐国的权力；而齐国人却恰恰相反！齐、鲁一定会握手言和，但罪人绝不会得到宽恕！因为违反对国家忠诚的义务、比敌人对齐国犯下的罪行更加严重！”
齐桓公当场处死了几个位高权重的叛国者，并把一些中低级贵族列为罪犯予以惩罚。齐桓公刻意没有将事态扩大到追究所有罪人的地步，以免激起反对者的强烈反弹。保守势力就这样被击垮了，管仲改革得以大幅向前推进。
鲁国取得长勺之战的胜利，却没有因此得到和平。
