景初三年（239年），魏明帝曹叡驾崩，死前立年方八岁的养子曹芳为皇太子，以大将军曹爽、太尉司马懿为托孤重臣，共同辅佐少主。曹爽是魏武帝曹操养子曹真之子，他在辅政之初对司马懿礼敬有加，但后来逐渐专权，排挤司马懿的势力，通过一系列手段加强了对京师禁军和朝政的控制。司马懿一面暂时容忍曹爽的专权，一面也有所行动。他在朝中老臣和士民中积累了更大威望，并安排暗地里招募死士三千，散在民间、招之即来。正始八年（247年），司马懿称病不朝，韬光养晦，静观其变。正始九年（248年），他装出老之将死的病态，骗过了上门刺探情况的曹爽亲信、荆州刺史李胜，使曹爽放松了对自己的戒备。

正始十年（249年）正月初六，少帝曹芳出洛阳，南渡洛水、伊水，到高平陵祭扫明帝墓，曹爽与其弟曹羲、曹训、曹彦等全部陪同前往。司马懿见洛阳城内曹爽力量空虚，立即发动政变，称奉郭太后懿旨，下令关闭洛阳城门，控制中央武库，令司徒高柔持节代理曹爽大将军之职，接管曹爽军营；令太仆王观代理曹羲中领军之职，接管曹羲统领的禁军；令中护军司马师领禁军围困曹爽大将军府。

司马懿呈送奏章给曹芳，称曹爽背弃先帝遗命，专权擅政，自比为君主；结党控制禁军，监视陛下起居；离间太后和陛下，伤害骨肉亲情。“我”与太尉蒋济、尚书令司马孚等都认为曹爽有谋逆之心，他们兄弟不宜再执掌军权，已奏请皇太后下令，罢免曹爽兄弟官职，以侯爵的身份即刻回府，不得阻止陛下回城。“我”今领兵在洛水浮桥严阵以待，若他们胆敢扣留陛下，一律军法从事。

曹爽接到奏章后，惊慌失措，不敢告诉曹芳，只得将天子銮驾留在伊水之南，伐木构筑工事，调兵数千守卫。大司农桓范赶到后，建议曹爽挟天子以令诸侯，召集四方兵马勤王，但曹爽犹豫不决。司马懿接连派侍中许允、尚书陈泰、尹大目等人劝说曹爽投降，并允诺其只要罢兵息马，交出兵权，仍可保留爵位。曹爽犹豫了一夜，最后认为投降虽然会失去政治权力，但以侯爵的身份应仍能享受荣华富贵，于是放弃抵抗，而请皇帝罢免自己，并向司马懿认罪。

曹爽兄弟罢官后随即回到府邸。正月初十（249年2月9日），与曹爽往来甚密的朝中侍从张当，在廷尉严刑拷问之下供称曹爽和何晏计划在三月造反，于是曹爽与其同伙都被捕，而桓范亦因曾经扬言司马懿谋反，被视为诬告而下狱，与曹爽等人一同处死，并且诛灭三族。高平陵之变后，司马懿及司马氏家族势力迅速崛起。司马懿通过此次政变，掌控了朝廷的军政大权，成为曹魏政权实际上的最高决策者。此后，司马氏家族不断巩固和扩大自己的势力范围。

自此以后，曹魏政权的权力逐渐向司马氏倾斜和集中。司马懿之后，其子孙司马师、司马昭等相继专权，曹魏皇帝逐渐沦为傀儡，朝廷的重要职位也多被司马氏的人占据，权力结构从原来的曹魏宗室主导转变为司马氏主导，为西晋的建立铺平了道路。