起初，宇文邕只是与齐王宇文宪、内史王谊（王盟侄孙）一起讨论伐齐事宜，又派纳言卢韫前往安州（今湖北省安陆市），征询安州总管于翼的意见，其余人等一概不知。到了七月二十四日，宇文邕才在大德殿召集大将军以上的高级将领，将这一决定通知了大家。他对大家说：“如今，我将从几路出兵，水陆并进，北面封锁太行道路，东面掐住黎阳险阻，如果我军一举攻克了河阴（今河南省孟津县东），那么，兖州、豫州可以传檄而定。然后，再养精蓄锐，在洛阳地区等待敌人的到来，只需一战，即可击破敌人，大家以为如何？”周武帝的方略还是长期以来两国相争的老策略，即争夺洛阳地区，并在洛阳地区进行一场决定生死的决战。众臣纷纷表示同意。
七月二十五日，北周武帝宇文邕正式下诏宣布伐齐，他任命柱国、陈王宇文纯，荥阳公司马消难，郑公达奚震（达奚武之子）为前三军总管，以越王宇文盛、周昌公侯莫陈崇、赵王宇文招为后三军总管。命令齐王宇文宪率领两万军队朝黎阳（今河南省浚县）杀来；随公杨坚、广宁公薛迥率领三万水军从渭河进入黄河，顺流而下；梁公侯莫陈芮率领两万军队封锁太行道（河南省与山西省之间的交通）；申公李穆率领三万军队封锁河阳道（河南省孟州市的道路）；常山公于翼率领两万军队向陈州（今河南省项城市）、汝州（今河南省汝州市）杀来。七月三十日，周武帝宇文邕亲自率领六万人马直扑河阴（今河南省孟津县）。杨素请求率领他父亲的旧部担任先锋，宇文邕同意了。
以上兵力约为十八万人。
周武帝宇文邕将率领主力直扑河阳（今河南省孟州市）。内史上士宇文弓文建议：“北齐建国至今，已历数代，虽说无道，但方镇大员们中间还是不乏能人。今日出兵，关键要选择攻击方向。河阳（今河南省孟州市）是一个重要的交通枢纽，敌人驻扎有大量的精兵，我们全力进攻这里，恐怕难以奏效。依臣之见，不如进攻汾曲（指晋州，今山西省临汾市），那里敌人守军较少，且地势较为平坦，容易攻克。用兵之地，再没有比这里合适的了。”民部中大夫赵煚（音：窘）建议：“河南、洛阳四面受敌，即使占领了此地，也无法守住，因此，我建议从黄河以北直指太原，端掉敌人的巢穴，可一战而定天下。”遂伯下大夫鲍宏建议：“我强敌弱，我治齐乱，不用担心不会成功。但是，先帝屡屡出兵洛阳，敌人有了防备，所以，才屡屡失利。我认为，大军进攻汾、潞二州，直扑晋阳（今山西省太原市），出其不意，这似乎是一条上策。”三人的意见都是反对进攻洛阳，主张在山西用兵，但周武帝均未听从。
周军进入北齐境内后，秋毫无犯，严禁砍伐树木、践踏庄稼，违者斩首。
八月二十五日，宇文邕亲自率军进攻北齐河阴大城（今河南省孟津县东），将其攻克。齐王宇文宪率部攻克了武济（今河南省孟津县），转而包围了洛口（洛水注入黄河处），又攻克了东西二城，用火船焚烧了北齐在洛口附近架设的黄河浮桥。当晚，北齐永桥大都督傅伏从永桥（在今河南省武陟县）火速西上，赶到中潬城（在今河南省孟州市西南黄河河心岛上）增援。北周军队已经攻克了南城，包围了中潬城，连续进攻了二十天，仍然无法得手。北齐洛州刺史独孤永业固守金墉城，宇文邕亲自率军攻城，也没有攻下。独孤永业连夜赶制两千个马槽，北周人听说后，认为北齐援军可能很快就要到达了。
九月，北齐右丞相高阿那肱率军从晋阳南下，抵御周军。齐军行至河阳（今河南省孟州市）后，正巧宇文邕生病了，周军遂开始西撤。水军也焚烧了自己的战舰，傅伏对行台乞伏贵和说：“周军已经疲惫，我请求率领两千精兵前往追击。”但乞伏贵和没有答应。周军其余各路也都取得了胜利，攻克北齐三十余座城池，也都全部丢弃西撤。只有药王城（在今河南省济源市境内）地势险要，留下仪同三司韩正驻守，但不久韩正就投降了北齐。
可以说，不论是韦孝宽的第一条计策，或是宇文邕实际上采取的方案，都有不尽合理之处。韦孝宽的第一条计策的核心是：以主力部队从轵关东进，沿黄河北岸谷地一路杀向邺城。这一着的前提是：北线能够牵制住晋阳齐军，切断太行山南下的通道，南线又能牵制住洛阳、豫州的齐军，但这显然是十分冒险的，一旦南北两线无法牵制住齐军，则周军主力后方以及侧翼立即暴露在齐军的夹击之下，势必陷于有去无回的险地，因此，韦孝宽的计策是不足取的。宇文邕批判地采纳了韦孝宽的建议，但并没有将首攻目标放在邺城，而是放在了洛阳，这一方案相对于韦孝宽的建议来说要稳妥了很多。但从实战的结果来看，原计划以齐王宇文宪之军前突至黎阳的设想显然又是不现实的，也是建立在成功堵住晋阳齐军南下的假设上，而实际情况可能是：周军虽然取得了一系列的胜利，但并没有实现原初的设想，即未能完全封锁住晋阳齐军南下的通道，这样一来，齐王宇文宪的区区两万人马就不敢往前继续深入了，遂加入到了洛阳战场，而这又回到了两国历次洛阳会战的老路上了。
史称，周军之所以撤兵是因为宇文邕病了，其实，也许并不可信。实际情况可能是：周军虽然总兵力虽然不少，但由于原计划用于堵截的部队很多，因而极为分散，而齐军援军到来后，在洛阳战场这一局部地区，周军已并不占据优势，为了防止邙山惨败的重演，宇文邕不得不明智地主动撤离了。另外一个因素可能是：趁着周军东下之际，吐谷浑可能在北周西部发动了攻势，周武帝不得不回师，对付吐谷浑。
在周军退去后的次月，即闰九月，南陈车骑大将军吴明彻率军对北齐彭城发起了进攻，十一日，吴明彻率领陈军在吕梁（今江苏省徐州市东南）大破数万齐军。此后，陈军虽然一直包围着彭城，但却迟迟无法攻克，陈军的北伐行动也就此停了下来。
在周军撤离六个月后，到了第二年，即北周武帝建德五年，北齐后主武平七年，陈宣帝太建八年，公元576年二月十二日，北周武帝宇文邕又命令太子宇文赟率军巡视西部，并讨伐吐谷浑。上开府仪同大将军王轨、太子宫宫正宇文孝伯随行。军务全由二人处理，太子宇文赟只是挂个名而已。周军进抵青海，一直打到伏俟城（今青海省都兰县）。吐谷浑王夸吕逃走，周军俘获吐谷浑境内的残余部众后，于同年八月凯旋。
宇文邕对儿子宇文赟非常严厉，每次朝会，太子与其余大臣一样要早早起床在殿外等待，即使的隆冬腊月或者酷暑盛夏，均不得休息。武帝还因宇文赟嗜酒，下令严禁往东宫内送酒，只要是武帝知道儿子有错，立即命人棍棒伺候。他还曾当面对宇文赟说：“自古以来有多少太子被废掉的？难道说我其余几个儿子们都不配当太子吗？”并下令东宫官员将太子的言行记录下来，每月上报。宇文赟害怕父亲，遂刻意掩饰自己的本性，矫揉造作，谨言慎行，有很长一段时间，宇文邕没再听到儿子的过失。但这次西征吐谷浑让宇文赟心情大好，远离老父，自己一人说了算，他仿佛是一个久困樊笼的小鸟，一路上把这次出征当作了一次旅游，在军中是胡作非为，坏事干尽。宫尹（太子宫副总管）郑译、王端等人都受到宇文赟的宠爱，他们也都成了宇文赟的帮凶。等到周军回到长安后，王轨向武帝宇文邕做了汇报，宇文邕听后大怒，将宇文赟和郑译等人痛打一顿，并将郑译等人革职，太子宫中宇文赟的其余亲信们也都受到了相应的处罚。事后，宇文赟又找到郑译，两人依旧亲昵异常。郑译对宇文赟说：“也不知什么时候殿下能登上大位？”宇文赟听了，非常高兴，更加宠爱郑译。
郑译是北魏胡太后情夫郑俨的侄孙，他不仅精通音律，而且还擅长骑射，郑译的堂祖父郑文宽与宇文泰是连襟，郑文宽当时无子，宇文泰遂令郑译作为他的后代，因此，对郑译也很爱护，常令其与自己的儿子们相处。《隋书·郑译传》对这次事件有不同的记载，称，出师前，宇文赟很担心，他问郑译：“我的三弟秦王宇文贽是皇上最喜爱的儿子，而王轨则是皇上最信任的臣子，这次出师，会不会再次出现秦始皇太子扶苏的事？”郑译回答：“希望殿下能够恪守儿子之道，不必多虑。”回师后，因在太子面前不庄重而被武帝免职。