黃帝聞訊後，便與炎帝族聯合，四處調集兵馬，準備抵禦蚩尤的進攻。蚩尤擊敗炎帝族之後，勢力迅速膨脹，他跟蹤追擊北上，直逼涿鹿地區。當時，蚩尤的部落已掌握了銅的冶煉技術，開山洞采集礦石，打造戈、矛、戟、弩弓等各種兵器，用以裝備軍隊，具有強大的戰鬥力。他帶領81個兄弟，指揮大量軍馬，氣勢洶洶地向黃帝軍隊發起了進攻。
黃帝的部隊與蚩尤的人馬在涿鹿原野上展開了激烈的大廝殺。正當雙方人馬酣戰之時，蚩尤施展本領，造起彌天的大霧。黃帝及其人馬頓時迷失在大霧之中，大家不辨方向、敵我不分、自相殘殺，蚩尤趁機進攻。正在危急之時，黃帝的臣子風後替黃帝製造了指南車，車上立一木人，手指著一特定方向，無論車子如何旋轉，那木人手始終指向同一方向。依靠指南車的指引，黃帝統率大軍衝出了大霧的包圍。
後來，黃帝命臣子應龍選一適當地形，積蓄了大量的水，準備以水攻擊蚩尤的大軍。卻不料蚩尤搶先從天上請來了風伯雨師，縱起漫天的狂風暴雨掃向黃帝大軍。黃帝的軍隊被打得隊形大亂、四散奔逃，陷於一片汪洋之中。黃帝大驚，連忙召自己的女兒天女魃從天上下凡助戰。天女魃降落到地麵，施展自己周身的本領，將滿天的狂風暴雨和遍地橫流的洪水一掃而光，黃帝的大軍這才轉危為安。
黃帝立即命令大軍乘勢轉入反攻。大家士氣大振，向蚩尤部隊猛衝，勢如破竹，殺得蚩尤人馬丟盔棄甲、大敗而歸。為防止蚩尤反撲，黃帝開始馴養猛獸助戰。他將猛獸餓上幾天後，又命軍士穿上蚩尤部的服裝去逗弄它們，等它們被激怒後，便丟過去一些小動物。久而久之，猛獸一看見穿蚩尤部服裝的人就野性大發，衝上前去撕咬。
黃帝利用猛獸最終戰勝蚩尤之後，天下重歸太平。各部落對其也愈加敬重，一致推舉他為天子。從此，黃帝成為中原地區部落聯盟的首領。
黃帝擔任部落聯盟首領後，對那些不服從命令的部落，四處率兵親征。他的遺跡東至大海、北到河北、南至長江流域、西達甘肅。經過多年的征戰，黃帝終於統一了中原。
黃帝以仁德治理天下，任用風後、常光、力牧、大鴻四大臣輔政，管理朝政，安頓萬民。由於黃帝的努力，中原地區獲得了統一。涿鹿大戰之後留在中原地區的九黎族部落民眾，與炎黃兩族融為一體，成為華夏族。所以，中國人便把黃帝奉為始祖，我們常常把自己稱為炎黃子孫。為了紀念這位傳說中的共同祖先，後代的人還在陝西黃陵縣北麵的橋山上造了一座“黃帝陵”。