晋国讨伐吴国时，孙皓派张悌统领沈莹、诸葛靓，率领三万士兵渡江迎战。到了牛渚，沈莹建议：“晋国在蜀地训练水军很久了，现在全国大举出兵，万里之内合力进攻，一定会发动益州的全部兵力顺江而下。我们上游的各路军队没有戒备，名将都已去世，现在由年轻人担任将领，恐怕沿江各城都难以抵挡。晋国的水军一定会打到这里！应该集中兵力，等他们来了再决战。如果取胜，长江以西自然平定，上游即使失守，也能再夺回来。现在渡江迎战，胜利难以保证，要是战败，国家大事就完了。”
张悌说：“吴国将要灭亡，无论贤愚都知道，不是今天才这样。我担心晋军来到这里，众人一定会惊恐害怕，再也无法整顿。现在应该渡江，用决战奋力争取。如果战败，就一同为国家牺牲，没什么可遗憾的。如果取胜，北方敌军败退，我们兵力气势会增强万倍，就该乘胜向南推进，在中途迎击敌军，不愁不能打败他们。如果按你的计策，恐怕士兵会逃散殆尽，只能一起坐等敌军到来，君臣都投降，没有一个人为国牺牲，难道不耻辱吗！” 于是渡江作战，吴军大败。
诸葛靓和五六百人撤退，派人去接张悌，张悌不肯走。诸葛靓亲自去拉他，说：“巨先，天下存亡有定数，哪里是你一个人能决定的，为什么要自寻死路？” 张悌流泪说：“仲思，今天是我的死期。我小时候就被你家丞相（指诸葛亮）提拔，常常担心不能善终，辜负名贤的知遇之恩。现在为国家牺牲，又有什么可逃避的？别这样拉我。” 诸葛靓流着泪放开他，走了一百多步，就看见张悌被晋军杀死。
《吴录》记载：张悌年轻时有名气，等到担任要职，却喜欢迎合时势，庇护身边的人，清流舆论都批评他。《搜神记》说：临海郡松阳县人柳荣跟随张悌到杨府，柳荣在船上病死两天，当时军队已经上岸，没人埋葬他，他忽然大喊：“有人捆绑军师！有人捆绑军师！” 声音激昂，随后就活了过来。有人问他，柳荣说：“在天上北斗门下，突然看见有人捆绑张悌，心里十分惊讶，不觉大喊‘为什么捆绑张军师’。门下人对我发怒，呵斥驱赶我离开。我就离开了，因为害怕，嘴里还余音未了。” 当天，张悌战死。柳荣到晋元帝时还在世。
天纪四年三月丙寅日，宫殿里几百名亲近侍从跪在地上磕头，请求孙皓杀掉奸臣岑昬。孙皓当时慌得六神无主，只好顺着大家的意思答应了。（干宝《晋纪》记载：孙皓宫殿里的几百名亲近侍从磕头问孙皓：“北方晋军一天天逼近，可我们的士兵却不肯拔刀抵抗，陛下打算怎么办啊！” 孙皓反问：“这是为什么？” 侍从们齐声回答：“都是因为岑昬！” 孙皓嘟囔着说：“要是这样，就用这奴才给百姓谢罪吧。” 众人立刻应声：“好！” 随即一拥而上抓捕岑昬。孙皓后来派快马接连去阻止，可岑昬早就被乱刀砍死了。）
戊辰日，陶濬从武昌逃回建业，孙皓立刻召见他，急着问水军的消息。陶濬拍着胸脯说：“蜀军的船都是小破船，现在只要给我两万士兵，乘坐大船出战，绝对能打败他们！” 孙皓赶紧集结兵力，授予陶濬符节黄钺。本来定于第二天出发，可当天夜里，这些士兵就跑得一干二净。这时候王濬的水军正顺江而下，司马伷、王浑的军队也都逼近吴境。孙皓没了办法，只好采用光禄勋薛莹、中书令胡冲等人的计策，分别派使者给王濬、司马伷、王浑送去降书，里面写道：“从前汉室失去统治权，天下分裂，我的先辈趁机占据江南，凭借山川险阻，与魏国隔绝。如今大晋兴起，恩德遍布天下。我愚昧无能，苟且偷安，没能明白天命。直到今天，劳烦晋军远道而来，车马停在江边，全国上下都惶恐不安，只能苟延残喘。恳请朝廷格外宽容，我特派私自任命的太常张夔等人献上我佩戴的印绶，投降归顺，希望能得到接纳，救救百姓。”
（《江表传》记载了孙皓败亡前给舅舅何植的信：“从前大皇帝凭着神武谋略，率领三千士兵割据江南，席卷交州、广州，开创大业，本想传位万世。到我这无能之辈继承家业，却不能安抚百姓，犯下很多过错，违背天意。把昏暗的灾变当成祥瑞，导致南蛮叛乱，至今没能平定。听说晋军大举进攻，临江而来，我想竭尽所能抵抗，可士兵们却纷纷败退，张悌也战死沙场，军队损失过半。我心里又愧疚又惆怅，如今毫无办法。陶濬上表说武昌以西的城池全都失守了。失守不是因为粮食不够，也不是城池不坚固，而是士兵将领们不肯作战啊！士兵不肯作战，难道是怨恨士兵吗？是我的罪过啊！天上星辰异变，地上百姓怨声载道，看这形势，国家已经危如累卵，吴国气数已尽，多么令人痛心！不是上天要灭亡吴国，是我自己招来的灾祸。将来葬身黄土，还有什么脸面见四位先帝！您要努力想出奇策，赶紧写信告诉我。” 孙皓还给大臣们写信说：“我凭着微薄的德行继承皇位，在位这些年，政令残暴，让百姓长期受苦，直到今天归顺大晋，国家覆灭，宗庙无人祭祀，我惭愧万分，死有余辜。我本就才疏学浅，却侥幸登上皇位，能力低下品行卑劣，肩负王公重任，所以《周易》有‘折鼎’的告诫，诗人有‘彼其’的讥讽。自从住进宫殿，就一直重病缠身，谋划不足，思虑失当，荒废了很多政事。身边小人趁机施行酷虐，毒害遍布全国，忠良之士遭受迫害。我昏庸不觉，直到灾祸降临才明白自己的过错，辜负了各位，事情已经无法挽回，就像泼出去的水收不回来。如今大晋平定天下，致力于提拔贤才，正是英雄施展才华的时候。管仲曾是齐桓公的仇人，却被重用；张良、陈平离开楚国，成为汉朝大臣，离开混乱投奔明主，不算不忠。不要因为改朝换代就消沉失意，要努力保持美德，谨慎行事。我没什么可说的了，就此停笔吧！”）
壬申日，王濬的军队最先抵达建业，孙皓向他投降。王濬解开孙皓的捆绑，烧掉棺材，以礼相待召见他。（《晋阳秋》记载：王濬接收了吴国的户籍地图，共有四个州、四十三个郡、三百一十三个县、五十二万三千户人家、三万二千名官吏、二十三万士兵、二百三十万男女百姓、二百八十万斛粮食、五千多艘船只、五千多名宫女。）司马伷因为孙皓曾把印绶送到自己军中，就派使者送孙皓去洛阳。孙皓全家西迁，于太康元年五月丁亥日抵达京城。四月甲申日，晋武帝下诏说：“孙皓走投无路前来投降，之前下诏保证不杀他，现在孙皓即将到达，我心里还是怜悯他，赐他‘归命侯’的称号。赐给衣服车马，三十顷田地，每年供给五千斛粮食、五十万钱、五百匹绢、五百斤绵。” 孙皓的太子孙瑾被任命为中郎，其他封王的儿子都被任命为郎中。
（《搜神记》记载：吴国作为草创的国家，信用不稳固，边境驻守将领的妻子儿女都被当作人质，称为 “保质”。当时孩童少年结伴玩耍的，每天有十几个。永安二年三月，有个奇怪的小孩，身高四尺多，年纪约六七岁，穿着青衣，来和孩子们一起玩，孩子们都不认识他。大家问：“你是谁家的小孩，今天怎么突然来了？” 他回答：“看见你们玩得开心，就来看看。” 仔细一看，他眼睛有光芒，闪闪向外射。孩子们都怕他，又问他来历。小孩回答：“你们讨厌我吗？我不是人，是荧惑星。有件事要告诉你们：‘三公鉏，司马如。’” 孩子们大惊，有人跑去告诉大人，大人赶来查看。小孩说：“我要离开你们啦！” 纵身一跃，就消失了。抬头看，好像有一匹白绢飘向天空。赶来的大人刚好看到这一幕，那白绢渐渐升高，过了一会儿就不见了。当时吴国政令严苛，没人敢宣扬这事。五年后蜀国灭亡，六年后晋国建立，到这时吴国灭亡，正应了 “司马如” 的预言。干宝《晋纪》记载：王濬在蜀地造船时，吾彦捞到顺水漂下的木屑献给孙皓，说：“晋国一定有攻打吴国的计划，应该增加建平的兵力。建平攻不下来，晋军终究不敢渡江。” 孙皓不听。陆抗打败步阐后，孙皓更加得意，派尚广占卜能否统一天下，得到 “同人” 变 “颐” 的卦象，尚广说：“吉利。庚子年，青色车盖会进入洛阳。” 所以孙皓不整治政务，却一直有图谋中原的野心。而吴国灭亡的这一年，正好是庚子年。）太康五年，孙皓在洛阳去世。（《吴录》记载：孙皓在太康四年十二月去世，时年四十二岁，葬在河南县境内。）