被秀吉移封會津的上杉景勝積極擴充軍備，惹起家康懷疑。家康要求景勝交代，景勝竟安排家臣直江兼續修書駁斥，並批評家康。家康大怒，號召各地大名討伐景勝。「五奉行」的前田玄以、長束正家、增田長盛反對，無功而還。家康行軍期間收到伏見城被西軍包圍的消息，遂折返對付西軍。
西軍主力是一眾奉行，包括石田三成、大谷吉繼、小西行長、長束正家等。加上跟豐臣家淵源甚深的大名如宇喜多秀家、毛利輝元，以及臨時加入西軍的島津義弘、長宗我部盛親、小早川秀秋。他們祭出「打倒家康」的大旗，圍攻伏見城，鳥居元忠等人戰死。關原一役，西軍早上頗佔優勢，奈何小早川秀秋等東軍內應倒戈，直攻大谷吉繼本陣，吉繼兵敗，西軍大受打擊。另一邊廂，毛利家分裂，吉川廣家暗地裡支持家康，遲遲不向前推進，封死後面安國寺惠瓊、毛利秀元、長宗我部盛親的部隊。島津義弘見狀，亦按兵不動。結果，西軍包圍東軍不成，由勝轉敗，潰不成軍，家康做了關原合戰的大贏家。
東軍乘勝追擊，搜捕西軍殘餘勢力，更派兵進攻西軍重要城塞，如佐和山城、大垣城。長束正家返回水口城，家康派池田輝政等領兵攻打，正家不久自盡。石田三成、小西行長、安國寺惠瓊先後被拘捕，三人在六條河原被斬首示眾。
據《武功雜記》記載，三成在大津城示眾時，福島正則指著三成笑道：「治部，你未看清時局就起兵。有沒有感到羞愧？」三成冷靜回答：「我所缺的不過是武運和沒看清懷有二心的人，如果不是這樣，今天被示眾的應該是你。你的所作所為，我會在死後向太閤殿下 (秀吉) 報告。」
又《常山紀談》及《武功雜記》皆記有家康向三成、小西行長、安國寺惠瓊各賜一件小袖，三成問：「這小袖是誰送的？」周圍的人說：「是江戶的主公 (家康)」，三成說：「我的主公是秀賴公，什麽時候變成家康了？」拒絕接受。
三成是奸臣抑或忠臣，從以上兩個事例，顯而易見。
東軍勝利的消息傳至東北，鼓舞了最上軍的士氣，上杉景勝命直江兼續馬上領兵撤退，慶長出羽合戰宣告結束。
關原合戰後，家康對大部份大名作出領土調整：
西軍
上杉景勝由一百二十萬石減封至剩下米澤城的三十萬石；
宇喜多秀家領地全數被沒收，他本人先被軟禁在駿河國久能山，後被流放到八丈島；
毛利輝元支持西軍，但由於其家臣吉川廣家充當德川軍內應，減封至周防和長門，兩國合共三十六萬九千石；
長宗我部盛親領地全數被沒收；
曾協助石田三成的佐竹義宣由常陸水戶城五十四萬石，減封到東北久保田的十八萬石；
島津義弘保住六十萬石領地；
豐臣秀賴在攝津國的領地由二百二十二萬石減至六十五萬石。
東軍
池田輝政由三河十五萬石，移封播磨姬路五十二萬石；
加藤清正在肥前熊本的領地由二十五萬石增至五十四萬石；
福島正則由清洲二十萬石加封到安藝廣島四十九萬石；
淺野長政由甲府府中的二十二萬石，加封到紀伊三十七萬石；
細川忠興由丹波十八萬石，提升到豐前小倉三十九萬石；
伊達政宗的領地由五十八萬五千石，稍微提升到六十萬五千石；
最上義光的領地由二十四萬石提升到五十七萬石；
小早川秀秋領地由三十五萬七千石增加到五十七萬石；
家康同時控制堺、長崎等商業大都市，並開發多座礦山從事貨幣鑄造，豐臣政權的經濟及軍事實力大受削弱。
慶長八年 (1603 年)，家康就任征夷大將軍，創立江戶幕府 (德川幕府)。
順帶一提，豐臣秀吉是想引用過去的攝關政治，以武將的實力擔任公家領袖「關白」來統領朝政，前題是他必須承認自己為藤原五攝家公卿家族之繼承人。德川家康則想引用過去的幕府政治，以武將的實力擔任武家領袖「征夷大將軍」，開創幕府來統領朝政，前提是他必須承認自己是源氏武將家族之後。攝關政治與幕府政治是兩個不同的體制。
