司马越亲自率领3万士兵，西进到了萧县。刘乔派遣其儿子刘祐抗拒司马越，司马越军战败。这时范阳王司马虓派遣督护田徽以八百骑兵帮助司马越，在谯与刘祐相遇，一战之下，刘祐众溃，司马越进屯阳武。
消息传到长安，司马颙非常恐慌，于是命令张方的亲信将领郅辅夜里暗杀张方，然后派人把张方的头颅送到司马越军中，认为这可以平息祸乱。而后司马颙又后悔，怪罪郅辅杀张方，又杀了郅辅。然后派遣刁默守潼关。张方的死对司马颙更是不利，例如范阳王司马虓从官渡渡河，其司马刘琨把张方头颅给荥阳守将吕朗看，吕朗马上献出城池投降，又击破石超，攻占许昌，在萧县又大败刘乔，刘乔逃奔南阳。
司马越军中的鲜卑将领祁弘等后来攻破潼关进入关中，司马颙大为恐惧。又派遣马瞻、郭传等在灞水抗拒司马越军，马瞻军又战败，司马颙单骑出长安，逃到太白山。司马越军进入长安。鲜卑部队大掠长安，杀2万余人。
而在河桥的司马颖军方面，支持司马越的安北将军王浚派遣督护刘根率领三百骑兵至河上。王阐出战，被刘根所杀。司马颖要固守，范阳王司马虓就派出鲜卑的骑兵与平昌公司马模等袭河桥，楼褒军西逃，追兵一直追到新安，沿途死亡惨重。
司马越军进入长安后，封梁柳为镇西将军，守关中。光熙元年（306年），司马越率领诸侯及鲜卑将领许扶历、驹次宿等军队护送晋惠帝回到洛阳。晋惠帝下诏升司马越为太傅录尚书，增封下邳、济阳二郡。范阳王司马虓也被封为司空。
晋惠帝又下令镇南将军刘弘、南中郎将刘陶搜捕司马颖。于是司马颖抛弃母亲及妻子，单独与两个儿子庐江王司马普及中都王司马廓逃到朝歌，途中集合了故将及士兵数百人，欲逃到邺城故将公师籓那里。到达顿丘县后，为太守冯嵩所抓获，并送到邺城交范阳王司马虓处置，司马虓只将司马颖父子囚禁，并不忍心将其加害。
一个多月后，司空、范阳王司马虓暴毙。司马虓的长史刘舆想到司马颖在邺城素有威望，担忧留下司马颖在邺将成为后患，就秘不发丧，且令人装扮台使，矫诏赐死司马颖。司马颖被看守他的人田徽缢死，时年二十八岁。他的两个儿子也被杀。
光熙元年十一月十八日（307年1月8日），晋惠帝司马衷突然死亡。有人说是被司马越毒死。司马炽继位，是为晋怀帝。晋怀帝刚登基，就下诏书要以司马颙为司徒，让其回朝廷。司马颙不疑有他，就乘车上路。到新安雍谷时，被南阳王司马模所派遣的将领梁臣掐死在车内。他的三个儿子也被杀死。司马颙就此绝后。八王之乱到此终结。
结果
公元307年，晋怀帝改元永嘉，大赦囚犯，废除诛三族刑。太傅、东海王司马越辅政，掌握了朝廷大权。至此，东海王司马越在八王之乱中成为了最终的胜利者。
影响
八王之乱历时达十六年，期间时有战乱，后期朝廷已无法掌控全国，受战乱影响地区亦愈来愈大。除了诸王互相攻伐的战事外，期间还有氐人齐万年的变乱，以及成汉和汉赵两个政权针对西晋朝廷的一系列战争，南方亦有变民杜曾、王如及张昌的起事。
这些战事都对全国不少地区都造成严重破坏，饥荒、疫病频生，亦令不少人被迫离开家乡谋生，成为流民。成汉的领导者李特、李流、李雄皆本住洛阳，就因逃避齐万年叛乱而入蜀，但就因为益州刺史赵廞见八王之乱的局面而有自立之意，就任用他们为爪牙，及至后来赵廞以及下任刺史罗尚的处理失当而令李氏叛晋自立，建立十六国中的成汉割据政权。
早在东汉末年，南匈奴诸部就因黄巾之乱内迁河内郡，曹操分匈奴为五部时，各部人亦都聚居在并州一带，直至晋朝。匈奴族人刘渊在八王之乱中与成都王联结，并借此联结匈奴诸部，壮大实力。成都王被王浚等击败后，刘渊就乘时而起，建立汉国，更成为日后灭亡西晋的力量。魏晋年间，除匈奴外其他外族亦有内迁，而八王之乱期间及后续亦屡见外族参与中原战事，如并州刺史刘琨曾多次与代王拓跋猗卢联结对抗汉国的进攻；王浚与司马腾亦曾与乌桓人及段部鲜卑联手对抗成都王。这些促成了五胡乱华及十六国时代。
晋初体制本将地方军事及民政分开，分别由都督及刺史掌管，而在灭吴后撤去地方军力，更让各都督成为地方军事力量。但到八王之乱后期，地方无法抵抗变乱，遂令制度失效，刺史再兼领一方军政及民政，如兼领幽冀的王浚、领并州的刘琨及领青州的苟晞都是一方的军镇，在北方抵抗汉国的侵袭。苟晞甚至曾出檄文讨伐东海王司马越。永嘉之乱后洛阳朝廷倾覆，据有一方的王浚甚至有自立之意。但这些兵镇后来都被汉国所灭。
东海王司马越在八王之乱后掌握朝权，对外无力控制日益壮大的匈奴汉国政权，对内排除异己，杀害中书监缪播、散骑常侍王延等人，大失人心。后在永嘉四年（310年）以讨汉国为率领行台出京，带着大批军队及王公大臣离开首都洛阳，致令洛阳防御薄弱，盗贼横行。在其死后，他带领的大军以及大批王公大臣在苦县宁平城被汉将石勒屠杀，不久洛阳亦在永嘉之乱中陷落。
秦王司马邺虽在晋怀帝遇害后于长安即位延续国祚，但也在建兴四年（316年）被俘，西晋正式灭亡。而早在荡阴之败后，东海王司马越东走并在徐州收聚兵众，及后更起兵讨伐河间王，迎帝东归。当时东海王就留下琅邪王司马睿以安东将军都督扬州诸军事，镇守下邳。后来琅邪王就移镇建邺，在江左发展，奠下了东晋的基础。晋愍帝死后，琅邪王司马睿即位，是为晋元帝。
八王之乱的十六年中，参战诸王多相继败亡，人民被杀害者众多，社会经济严重破坏，西晋的力量消耗殆尽，隐伏着的阶级矛盾、民族矛盾爆发。“五胡乱华”、西晋灭亡，八王之乱是其重要原因。八王之乱以极端的形式向世人昭示社会风气的畸变，造成了秩序的崩溃，把所有的人推向动乱的深渊，给社会带来深重而又长久的灾难。
评价
孙惠：“自永熙以来，十有一载，人不见德，惟戮是闻。公族构篡夺之祸，骨肉遭枭夷之刑，群王被囚槛之困，妃主有离绝之哀。历观前代，国家之祸，至亲之乱，未有今日之甚者也。”（《晋书》）
何兹全：“经过这次变乱，社会经济受到严重破坏，人民大量伤亡，西晋的统治机能也从此瘫痪。”（《魏晋南北朝史》）