前文说到公子小白率先抵达齐国，并顺利继承王位。
公子小白继位不久之后，齐国随后计划进攻鲁国。
公元前684初，齐国派鲍叔牙领30万齐军进攻鲁国。而鲁国只有3万人马迎敌。鲁国人曹刿请求拜见鲁庄公，并询问庄公凭借什么来抵挡齐国30万大军。曹刿在当时乃是一介草民，并无身份。
鲁庄公说：“衣食这一类养生的东西，我从来不敢独自专有，一定会把它们分给身边的大臣。”曹刿说：“这种小恩小惠不能遍及百姓，老百姓是不会顺从您的。”鲁庄公说：“祭祀用的猪牛羊和玉器、丝织品等祭品，我从来不敢虚报夸大数目，一定对上天说实话。”曹刿说：“这样小小信用，不能取得神灵的信任，神灵是不会保佑您的。”鲁庄公说：“大大小小的诉讼案件，即使不能一一明察，但我一定根据实情合理裁决。”曹刿回答说：“这才尽了本职一类的事，我们可以凭借这个条件打一仗。曹刿作战的时候一起前往，并获鲁庄公批准随行督战。
齐军仗着兵强马壮，侵入鲁国边境。鲁庄公暂时避开齐军主力，撤退到了长勺（今莱芜苗山镇）这个地方。这个地方的地形有利于鲁国反攻。由于干时之战的轻松胜利，鲍叔牙以下的将士都轻视鲁军，认为他们不堪一击，于是发起声势汹涌的攻击。
鲁庄公见齐军冲杀上来攻击鲁军阵地，急着要擂鼓下达应战的命令。曹刿劝阻说：齐兵势锐，我军出击正合敌人心愿，胜利没有把握，“宜静以待”，不能出击。庄公于是下令鲁军坚守阵地，不得出击，只令弓弩手射击，来稳住阵势。齐军没有厮杀到对手，又冲不进鲁军阵地，反而受到鲁军弓弩猛射而无法前进，只得向后撤退。
齐军经过稍事休整，鲍叔牙又下令展开第二次攻击，曹刿劝庄公仍然不要出击，继续固守阵地。齐军攻势虽猛，但仍攻不进鲁军阵内，齐军士气开始疲惫低落，又退回到了原阵地。
齐军两次进攻，鲁军都没有应战，鲍叔牙和齐军将领都认为鲁军害怕不敢应战，决定发起第三次进攻。曹刿看到这次齐军来势虽猛，但势头没有上两次大，认为出击时机已到，立即向庄公提出反击齐军的建议。庄公亲自擂起战鼓，发出攻击命令，随后鲁军获得了决定性的胜利。
鲁军战胜，庄公传令追击。曹刿认为齐乃大国，兵力素强，不容易判定是否真正的战败，很可能另有埋伏，阻止庄公下达追击令。曹刿登上战车，见齐军旗鼓杂乱，兵器倒曳，又下车观察到齐军战车的车辙十分混乱，判定齐军是真正溃败，于是建议庄公大胆追击。
庄公令下，鲁军猛打猛追，给齐军以沉重打击，俘获大量甲兵和辎重，把齐军赶出国境，并射杀齐桓公的儿子公子雍，一血干时之战所蒙受的耻辱，鲁国大败齐国，周围的诸侯国都不敢轻视鲁国，鲁国国势加强。
长勺一战，鲁国大胜，间接的促成数年后齐鲁息兵言和。
长勺之战是齐桓公争霸斗争史上一次少有的挫折，也是鲁齐长期斗争中鲁国的一次罕见的胜利。它对齐桓公调整完善自己的争霸战略方针具有一定的影响。当代伟大的军事家、战略家毛泽东在《中国革命战争的战略问题》一文中，对齐、鲁长勺之战的战法给予过很高的评价，说战争中鲁国“采取了敌疲我打的方针，打败了齐军，造成中国战争史中弱军战胜强军的有名战例”。曹刿论战所叙述的原则和长勺战例，成为中国后世“后发制人”防御战略思想的宝贵借鉴。
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