司马昭亲自到围城前线，见城上守军持弓却不射箭，说：“可以进攻了！”于是四面进军，鼓噪登城。二月乙酉日，魏军攻克寿春。诸葛诞窘迫之下单骑率部下突围，被司马胡奋部将斩杀，诛灭三族。其麾下数百人排成队列，拱手不降，魏军每杀一人便劝降一次，始终无人动摇，直至全部战死。吴将于诠说：“大丈夫受主命领兵救人，既不能克敌，又束手降敌，我绝不如此！”于是免冠冲阵而死。唐咨、王祚等人投降，被俘吴军万余人，缴获的兵器堆积如山。
司马昭刚包围寿春时，王基、石苞等将领都急着强攻。但司马昭却认为：“寿春城防坚固，敌军人数又多，硬攻只会白白消耗兵力。要是这时东吴援军杀到，我们腹背受敌，就危险了。现在诸葛诞、文钦、唐咨三个叛将挤在一座孤城里，说不定是老天爷要让他们一起完蛋，我们不如用周全的计策困住他们。只要守住三面，东吴军队走陆路来援，粮草肯定不够。我们再派轻骑兵截断他们的运粮通道，不打就能把他们耗垮。等打败了东吴援军，诸葛诞这帮人自然插翅难逃！”于是，他下令各军按兵不动，坚守阵地，最终没强攻就拿下了寿春。
战斗结束后，又有人提议：“淮南地区总是叛乱，这些东吴士兵的家都在江南，不能放虎归山，干脆全部活埋！”司马昭却摇头说：“古人打仗讲究不战而屈人之兵，只杀罪魁祸首就行了。把这些东吴士兵放回去，正好能显示我们的大度。”最后，他一个俘虏都没杀，而是把这些人安置在三河附近的郡县。还封唐咨为安远将军，其他将领也都授予相应官职。淮南那些被诸葛诞胁迫的将士百姓，也都得到赦免。他甚至允许文鸯兄弟收敛父亲的尸体，还赐给他们牛车，让他们把父亲安葬到祖坟。
寿春之战后，司马昭想派轻装部队深入东吴，招降唐咨等人的家属，趁机灭掉吴国。王基却赶紧劝阻：“以前诸葛恪在东关打了胜仗，倾尽东吴兵力围攻新城，结果城没打下来，士兵死了一大半。姜维在洮西获胜后贸然深入，最后粮草断绝，在上邽吃了大败仗。打了大胜仗后，最容易轻敌，一轻敌就会忽略潜在的危险。现在吴国刚在外面吃了败仗，内部矛盾也没解决，正是他们加强防备的时候。而且我们的军队出征快一年了，将士们都想回家。这次我们俘虏了十万人，首恶也都落网，自古以来的征战，从没像这次这样大获全胜还不伤元气的。当年曹操在官渡打败袁绍，就觉得收获够多没再追击，就是怕过度冒进反而折损锐气。”司马昭听后觉得有理，便放弃了计划，还提拔王基为征东将军，都督扬州诸军事，封东武侯。
史学家习凿齿称赞道：“司马昭这场战役，堪称以德服人的典范。穷兵黩武的人往往死于不仁，空谈仁义却懦弱退缩的国家也会灭亡。而司马昭一战擒获三大叛将，俘虏大批吴军，不战而胜。刚打完仗就论功行赏，还善待吴国降兵，不计前嫌允许文鸯葬父，赦免受胁迫的百姓。功劳大却不让人嫉妒，事业广还能让敌人心服口服。这样文武双全的人，天下谁能抵挡？”
钟会在寿春之战中出谋划策最多，战后司马昭对他越来越信任，把他当作心腹。当时的人都说钟会就像刘邦身边的张良。
蜀汉的姜维听说诸葛诞兵败身死，只好退回成都，又被封为大将军。
曹魏这边，五月时皇帝下诏封司马昭为相国，晋公，食邑八郡，还赐予九锡之礼。司马昭推辞了九次，才暂时接受。
东吴那边也不太平。七月，吴主封原来的齐王孙奋为章安侯。八月，曹魏任命骠骑将军王昶为司空。皇帝还封关内侯王祥为“三老”，郑小同为“五更”，亲自带着大臣们到太学举行养老、求教的礼仪。郑小同是郑玄的孙子。
此时的东吴，孙綝因为吴主开始亲自处理政事，还经常质问他，心里十分害怕。从镬里撤军回来后，就称病不上朝，派弟弟孙据带兵驻守仓龙门，孙恩、孙干、孙闿分别驻扎各个军营，想靠武力保住权力。吴主早就看他不顺眼，借着追查朱公主死因的机会，全公主害怕被牵连，赶紧甩锅：“这事我真不知道，都是朱据的两个儿子熊和损说的！”当时熊是虎林督，损是外部督，吴主一怒之下把两人都杀了。孙綝出面劝阻，吴主根本不听，这让孙綝更加惶恐不安。
吴主私下联合全公主和将军刘丞，谋划除掉孙綝。全皇后的父亲全尚担任太常、卫将军，吴主把全尚的儿子黄门侍郎全纪叫来，叮嘱道：“孙綝专权跋扈，根本不把我放在眼里。之前我让他赶紧上岸支援唐咨，他却赖在湖里不动；还把责任推给朱异，擅自杀掉功臣，也不事先汇报；在桥南盖豪宅，再也不来朝见。这样下去不是办法，我打算动手了。你父亲掌管中军，让他悄悄整顿兵马，我亲自带队，带着宿卫虎骑和