正如晋国士燮所料，华元弭兵的效力并没有持续多久。仅仅四年之后，晋楚两军就再次爆发了一场大战。
华元弭兵之后，晋国虽然没有继续同楚国在中原发生冲突，但却积极向周边拓展势力。在麻隧之战中，晋国大败秦军，极大地拓展了国势。受此影响，中原各国也重新向晋靠拢。郑国依仗晋国势力，竟然发兵两次攻打许国。许国在楚庄王时已经成为楚国的属国，郑国此举无疑是对楚国霸权的冒犯。
鲁成公十五年（公元576年），从危机中缓过来的楚共王打算挥兵北上，替许国复仇。在召集群臣商议此事时，子囊力劝应遵守华元弭兵的协议，建议通过外交方式解决这一问题。但子反却表示：“敌利则进，何盟之有？”楚共王于是撕毁盟约，发兵攻打郑国和卫国，而郑国不甘示弱，也回兵攻楚。中原地区再次陷入了战争状态。
平心而论，楚国虽然并非师出无名，但在华元弭兵的大背景下，子反的意见无疑站不住脚。楚国的出兵，让其在外交上很被动。晋国见楚国如此，也乐得顺水推舟，召集了齐、宋、卫、郑等诸国连同东南的吴国在钟离会盟，一同对付楚国。华元弭兵至此正式破裂。
楚国见势不妙，于是立刻单独同郑国媾和。得到汝阴土地作为补偿的郑国立刻倒向了楚国一边，并同楚国结盟。在楚国的支持下，郑国进攻宋国并取得了胜利。而卫国则在晋国的授意下进攻郑国。
中原各国的小规模征伐只不过是晋楚两国正式交战的序幕，战争的真正高潮，还要等到躲在幕后的晋楚出兵正式交锋。果然到第二年，晋国正式出兵伐郑，郑国立即向楚国求援，楚国随即发兵。晋楚两军在鄢陵（今河南鄢陵北）接上了头。一场大战一触即发。
晋军此次出阵，似乎并没有做好和楚军正面交战的准备。听说楚军前来，士燮便想退避三舍，避免主力决战。但郤至却坚决反对，而士燮之子范匄也支持郤至的意见，表示可以填平营中井灶，在军营中与楚国决战。范匄初生牛犊不怕虎般的言论虽然被士燮厉声斥责，但却赢得了晋国其他卿大夫的认同。栾书提出晋军坚守营寨，避免主力决战，伺机反扑，后发制人，“固垒而待之，三日必退，退而击之，必获胜焉”。
应该说，在战斗开始前，楚军确实占据了一定的优势。这一天是晦日，春秋时认为是不吉利的。而楚军偏反其道而行之，于黎明时分在大雾的掩护下靠近晋军布阵开战，而此时晋军的援军齐、鲁、宋、卫等国联军尚未到达，晋军可谓被打了个措手不及。
虽然不少将领都强调楚军列阵厚重，良将众多，不易抵挡。但郤至却冷静分析了楚军自身的劣势，他指出，楚军的大将子反和子重关系不佳，兵员老旧战力不高，郑军和楚军都阵容不整，而且又在通常认为不吉的晦日用兵，因此必定大败亏输。而从楚国逃到晋国，深谙楚人用兵之道的苗贲皇则指出楚国的精锐主力在中军，因此可集中优势兵力先击破左、右两军，再合兵包围中军。在郤至、苗贲皇等人的力劝下，晋厉公终于决定与楚军正面交战。
晋国的战术安排果然取得了一定的成效，在晋国主力的猛攻下，楚军的左右两军抵挡不住。晋军一度逼近了楚国的中军，楚共王甚至被晋将魏锜一箭射中左眼，可谓狼狈已极。楚军虽然纷纷败退，但楚军的战斗力之高超，战意之顽强也超出了晋国的预料。楚国著名的神射手养由基在败军之中大显神威，先是一箭射死了魏锜，又率军抵挡住了晋军的追击，而另一员猛将叔山冉则以晋军士兵作为武器投向晋国战车，晋军动弹不得，被迫停止前进。
双方激战一天，到黄昏时分才告结束。虽然场面上是晋优楚劣，但楚军并未被击溃，而晋国获得的战果也极为有限，仅仅俘虏了楚国的公子茷。夜色降临，双方各自收兵回营，整顿兵士，救助伤员，补充粮草，修理武器，重摆阵势，打算次日再战。
这时候苗贲皇却想出了一条妙计，他命人暗中放松对楚国战俘的看管，让他们逃回楚营报告晋军的军备情况，动摇楚国的军心。果然，楚共王得到这样的消息，便连夜召开军事会议，可是掌管中军的子反居然喝得酩酊大醉，人事不省，不能前来。楚共王毕竟年纪不大，听说此事，哀叹一句：“天败楚也夫！余不可以待。”竟然就此命令撤退。第二天，全副武装的晋军发现楚军竟然连夜退走，于是攻占楚军营地，尽夺楚军粮秣，而此时晋国的援军才先后来到鄢陵。楚国方面，贻误战机的子反受到楚共王的责备和与其不和的子重的逼迫，无奈只得自尽谢罪。鄢陵之战就这样以晋国的胜利而告终。
楚国在鄢陵之战中的失败原因很多：首先自然是师出无名，在道义和舆论上处于不利地位；其次为了抢占有利战机，不顾军队的实际推进速度，强行进军并发起攻击，不但失之急躁，也造成军队的疲劳，导致战斗力的下降；再次，在战斗中，军事长官判断有误，指挥不灵，导致战术层面上的被动挨打，只是凭着单兵作战能力的突出才勉强维持局面；最后就是主帅不守军纪，贻误战机。
和楚国相比，晋国的取胜无疑得益于其正确的战略战术。但和城濮之战确立了晋国的霸权不同，鄢陵之战并没有让晋国获得期望中的政治利益。从战前诸卿大夫围绕是战是退争论不休的场面即可看出晋国政出多门，诸卿不和，君臣离心的情况。正如战后鲁国大夫宣伯所言：“晋政多门，不可从也，宁事齐、楚。有亡而已，蔑从晋矣！”
在战争中，齐、鲁、宋、卫等国援军的逡巡不进，观望不前即是这一心理的具体表现。因此，晋国虽然在鄢陵之战中取胜，但并没有因此而取得对中原诸侯国的控制权。特别是同楚国交好的郑国更是始终不肯向晋国低头。果然鄢陵之战后不久，晋国爆发了内乱，三郤、晋厉公等人先后在内乱中丧生。虽然后来又有晋悼公的复霸，但已经不能挽回晋国的颓势。
鄢陵之战是长达数十年的晋楚争霸中的第三次，也是最后一次两国主力军队的会战。它也标志着楚国称霸中原的失败，而晋国虽然取胜，但其对中原诸侯的影响力也逐渐衰退。