建始元年（301）四月，征虏将军张泓等人推进到阳翟（司马冏驻地，今河南禹州市），与司马冏的军队正面接触。张泓有勇有谋，多次击败司马冏军。司马冏出师不利，命令军队后撤到颍阴，张泓乘胜前进，步步紧逼。
除了这一支，司马伦派出的其他部队都按兵不动。上军将军孙辅、徐建所率军队突然出现了夜惊(1)，他们也没有弄清情况，以为是司马冏的军队杀过来了，狼狈地跑回洛阳向司马伦报告说：“齐王实力强大，张泓等人已全军覆没了！”
司马伦大惊失色，严令孙辅等要保守秘密，然后急召司马虔和许超回来保卫京师。过了没多久，戏剧性的一幕出现了——张泓打败司马冏的捷报到了！司马伦“高兴”得差点没背过气去，他赶紧又命司马虔和许超返回原驻地。张泓率各路人马渡颍水（发源嵩山，汇入淮河）向司马冏的总部发起进攻，司马冏发现张泓部队中军虽然凶猛，但侧翼战斗力差些，于是命令精锐部队全力进攻侧翼的孙髦和司马谭等人的军队。所谓牵一发而动全身，孙髦、司马谭等人抵挡不住，张泓顿时全军败退。孙秀接到了战报，但为稳定朝廷，依旧声称已经全歼了司马冏军，活捉了司马冏，还率文武百官向司马伦道贺。
成都王司马颖的督护赵骧到达黄桥，被孙会、士猗、许超的军队击败，死伤一万多人，赵骧没有料到对方战斗力这么强，顿时都吓破了胆。见此情况，司马颖准备撤退到朝歌城内据城自卫，但咨议参军卢志、兖州刺史王彦劝他道：“胜败乃兵家常事，敌人刚刚获胜，防守一定松懈，不如挑选精兵，星夜兼程，攻其不备，出奇制胜。”司马颖同意了，让赵骧重整旗鼓，率领八万士兵与王彦一起出发。
司马伦奖赏黄桥之战的有功将士，认为士猗、许超、孙会都立下战功，应该平等对待，于是都“持节”。这样的结果是三位将军谁都不服谁，谁都不听谁，都代表皇帝行事，军令不一，同时他们又都轻视司马颖的部队，守备松懈，这就让人钻了大空子。赵骧等率部队来攻，孙会等人一触即溃，他们也顾不上召集部队了，疯狂南逃。司马颖率军队渡过黄河，**。
自从齐王司马冏等人起兵后，朝廷文武百官以及禁军将士也都躁动不已，想趁机诛杀司马伦和孙秀。孙秀看出情况不妙，非常害怕，不敢离开中书省半步，等到河北战败的消息传来，他更加惊恐不安，不知所措。孙会，许超、士猗等人逃回来后，与孙秀商议退路。他们有的主张聚集残兵，做最后一搏；有的主张焚毁宫殿，诛杀异己，挟持司马伦南下投奔孙旂、孟观；有的主张乘舰船遁入东海。朝堂上议论纷纷，没个定论。
建始元年（301）四月七日，左卫将军王舆和担任尚书的广陵公司马漼（司马懿儿子司马伷的第四子）决定逮捕司马伦等人，他们带领七百多士兵从南门进入皇宫，三部司马也纷纷响应。王舆亲自带兵攻打孙秀所在的中书省，孙秀急忙命令关闭南门，王舆派兵登上墙头焚烧屋顶，屋内顿时烟熏火燎，孙秀、许超、士猗等人受不了，逃出门来，被逮个正着。这些人全部被斩首示众，之后孙奇、孙弼、谢惔、骆休等人也被杀死。王舆到云龙门扎营，召集“八座”，逼司马伦下退位诏书，诏书上说：“我受孙秀等人蒙蔽，触怒了三位亲王。现在已经诛杀了孙秀，大家当迎接太上皇（司马衷）复位，我则会回到乡里终老。”诏书下达的同时，又传下驺虞幡命令各路兵马停止冲突。
黄门把司马伦从华林园东门赶了出去，把他和他儿子司马华一起送回府里，然后派几千卫队浩浩****去金墉城迎接惠帝司马衷复位，队伍所经过之处，百姓都三呼万岁。惠帝重登金銮宝殿，大臣们都磕头请罪。惠帝下诏把司马伦、司马华等人押送金墉城关押。
建始元年（301）四月九日，惠帝宣布大赦天下，改年号为“永宁”，封襄阳王司马尚（前太子司马遹之子）为皇太孙。皇帝复位，普天同庆，特批人民大吃大喝五天。惠帝又派使者带最重的礼物去慰问立下大功的三位亲王（司马冏、司马颖、司马颙）。
梁王司马肜为了摆脱司马伦一党的嫌疑，上奏说：“赵王司马伦父子忤逆，论罪当诛。”四月十三日，惠帝派尚书袁敞持节宣旨，赐司马伦自尽。司马伦被迫饮下金屑酒，这时的他相当羞愤，用毛巾盖住脸，连声道：“孙秀误我！孙秀误我！”从去年四月司马伦诛杀贾南风当政到现在，过去了整一年，八王之乱中的第三王终结。
司马伦的儿子司马华、司马馥、司马虔、司马翊等都被廷尉严刑拷打致死，文武百官中凡是司马伦任命的全部免职，一时间台、省、府、卫各部门留任的官员寥寥可数。
成都王司马颖率军进入京师洛阳。四月十五日，河间王司马颙也到了。司马颖派赵骧、石超到阳翟去帮助齐王司马冏讨伐张泓等人，张泓等战败投降。从三王起兵到战事结束，一共六十多天，死亡近十万人。
五月，义阳王司马威也被诛杀了。他本来不在死刑之列，但神智混沌的惠帝对他的印象却太过清晰，指着司马威说道：“是他跟我抢夺玉玺，把我的手都弄伤了（公元301年正月，司马伦命司马威抢夺玉玺）！”皇帝这样说，司马威就不得不死了。除此之外，襄阳太守宗岱又杀死了孙旂，永饶（今河南南阳市南）冶令（管冶铁的官）空桐机杀死了孟观等，这些司马伦的同党全部被灭三族。
(1) 夜惊，指军队白天精神高度紧张，夜晚有个风吹草动，士兵们突然间就互相砍杀起来。