就像义渠对于秦国，中山国对于赵国来说也是心腹大患。中山国嵌在赵国的东北部，赵国就像一个开口向东北方向的U形，中间空的地方是中山国，两边的领土被中山国隔开。中山国自从中山桓公复国以来，逐渐发展起来，成为除战国七雄之外的最强国家。
中山国自从马陵之战后，开始和魏国、齐国结盟，共同对付赵国，但后来因为五国相王中，齐国不满中山国也称王，就和中山国断交了。在齐国入侵燕国的时候，中山国趁火打劫，抢占了燕国数十座城池。这次入侵燕国的行动遭遇了其他诸侯的强烈反对，中山国因此在外交上陷入了孤立的境地。
燕昭王复国之后，开始和中山国作战，陆续收复了一些被中山国占领的城池。赵武灵王觉得伐灭中山国的时机到来了，在公元前308年，亲自赶到边境观察情况，还派了李疵去中山国当卧底。
李疵回来后向赵武灵王报告：“可以打中山国了，不然到时候落在燕国后面了。”赵武灵王问：“为什么这么说呢？”李疵说：“中山王天天去拜访那些穷书生。”赵武灵王奇怪了，说：“那这不是以为贤明的君主吗，现在是打仗的时机吗？”李疵说：“过于重视读书人，百姓就会在意虚名，废弃了农业这个根本产业，重文轻武国家肯定会灭亡。”
听完李疵的汇报，赵武灵王派兵攻打中山国，与此同时，燕昭王也乘次机会发兵攻打中山国。中山国虽然此时是鼎盛期，但他顶多算是个千乘之国，而燕、赵可是万乘之国。但这场战争的结局让人大跌眼镜，中山国竟然打败赵国军队，反过来还占领了赵国的鄗邑（今河北省柏乡县北）。之后中山王又挥师北上，击退了燕国入侵者，还杀了燕军的主帅。这是一次典型的以弱胜强的战争。
经历了这次失败，赵武灵王决心推进胡服骑射，提高军事实力。胡服骑射成功推广后，赵武灵王决定拿中山国练练手，试验一下赵国军队的实战能力。公元前306年，赵武灵王率军攻打中山国，经过了胡服骑射改革的赵国军队实力大增，打败了中山守军，一直打到宁葭（今河北省石家庄市西北）一带。
这次只是小试牛刀，求稳的赵武灵王没有继续深入，班师回朝。为了防止其余诸侯的干预，赵武灵王派遣使者到秦、楚、齐、韩、魏开展外事活动，不过这个时候他们也在掐架，没空帮中山国。公元前305年，趁中原国家混战之际，赵武灵王对中山国发动了大规模的战争，本次投入的兵力有二十万。
赵武灵王兵分南北两路攻打中山国，南路军队由赵武灵王亲自带领，是本国的精锐部队，北路军队由大将牛翦统率，主要由游牧民族骑兵组成。两支军队从两个方向夹击中山国，获得大胜，三分之一领土被占。中山国迫于无奈，只要割地求和。赵武灵王觉得一口气吞不下中山国，就同意停战，回去休整。
休整了两年之后，赵武灵王再次对中山国发动攻势。四年里，三次大战，中山国基本被赵国吞并，赵武灵王扶植了一个傀儡国君。公元前296年，中山国君被废，中山国正式灭亡。
苏秦后来在于齐湣王的对话中分析过中山国的灭亡原因，他说：“中山国以千乘之国对抗两个万乘之国都能取胜，说明用兵非常厉害。但就是这么厉害的一个国家，最后还是灭亡了，是因为忽略了战争的祸乱。”中山国的国力撑不住连年的战争，被强国吞并是迟早的事情。
赵国吞并中山，领地大幅增加，结束了白狄鲜虞族二百多年的历史。这几年赵武灵王同时积极向西、向北攻打胡人的地盘，给赵国带来了充足的牧场资源。赵武灵王把北方胡地作为骑兵基地，源源不断为本国提供战力。赵国从此走向实力巅峰，为战国晚期与秦国的激烈对抗打下了基础。