周桓王三年（鲁隐公六年，公元前717年），郑国国君郑庄公前来朝见周桓王。这是郑庄公首次朝见周桓王，周桓王对他不加礼遇。周公对周桓王说：“我们周室东迁，依靠的就是晋国和郑国。友好地对待郑国，用以鼓励后来的人，还恐怕人家不来，何况不以礼接待呢？郑国不会再来朝见。”
当初，戎人朝觐周王，向公卿送财币，唯有凡伯不以宾礼款待。周桓王四年（鲁隐公七年，公元前716年）冬天，周桓王派凡伯到鲁国访问。凡伯返回时，戎人在楚丘对他加以截击，将他俘虏回去。
周桓王五年（鲁隐公八年，公元前715年）春天，郑庄公因怨恨周桓王不礼遇自己，于是与鲁国互换许田（周天子祭祀泰山的专用田）。同年夏天，周桓王任用虢公忌父担任周王朝卿士。
周桓王六年（鲁隐公九年，公元前714年）春天，周桓王派南季到鲁国访问。
周桓王十二年（鲁桓公四年，公元前708年）春天，周桓王派宰官渠伯纠到鲁国访问。同年冬天，周桓王联合秦国出兵包围芮国，俘虏芮国国君芮伯万。
周桓王十三年（鲁桓公五年，公元前707年），当时郑庄公在周王朝以卿士身份专权。周桓王不甘心受郑庄公的控制，于是夺去郑庄公的权力，因此郑庄公便不再前来朝觐。
同年秋天，周桓王带领诸侯讨伐郑国，郑庄公出兵抵御。周桓王率领中军；虢公林父率领右军，蔡军、卫军隶属于右军；周公黑肩率领左军，陈军隶属于左军。
郑国的子元建议郑庄公用左方阵来对付蔡军和卫军，用右方阵来对付陈军，说：“陈国动乱，百姓都缺乏战斗意志，如果先攻击陈军，他们必定奔逃。周天子的军队看到这种情形，一定会发生混乱。蔡国和卫国的军队支撑不住，也一定会争先奔逃。这时我们可集中兵力对付周天子的中军，我们就可以获得成功。”郑庄公听从子元的建议，让曼伯担任右方阵的指挥，祭仲担任左方阵的指挥，原繁、高渠弥带领中军护卫郑庄公，摆开一种名叫鱼丽的阵势，前有偏，后有伍，以伍弥补偏的空隙。双方在繻葛（今河南长葛东北）双方交战。郑庄公命令左右两边方阵说：“大旗一挥，就击鼓进军。”郑国的军队发起进攻，蔡、卫、陈军一起奔逃，周军因此混乱。郑军从两边合拢来进攻，周军最终大败。郑国的祝聃射中周桓王的肩膀，周桓王虽然受伤，但还能指挥军队。祝聃请求前去追赶，郑庄公说：“君子不希望欺人太甚，哪里敢欺凌天子呢？只要能挽救自己，国家免于危亡，这就足够。”于是鸣金收兵，周桓王便逃走，史称繻葛之战。战后当天夜间，郑庄公派遣祭仲前来慰问周桓王及其左右随从。
周桓王十五年（鲁桓公七年，公元前705年）冬天，晋国曲沃封君曲沃武公诱杀晋小子侯。
周桓王十六年（鲁桓公八年，公元前704年）冬天，周桓王命令虢仲到晋国，拥立晋哀侯之弟、晋小子侯叔父晋侯缗为君。
周桓王十八年（鲁桓公十年，公元前703年），虢仲向周桓王进谗言诬陷大夫詹父。周桓王认为詹父有理，詹父于是带领周天子的军队进攻虢国。同年夏天，虢公逃亡到虞国。
周桓王二十三年（鲁桓公十五年，公元前697年）三月，周桓王病重，于是征召周公黑肩前来，将宠爱的少子王子克（子仪）托付给周公黑肩，希望在太子姬佗继位死后，让周公黑肩拥立王子克继位。三月乙未日，周桓王去世，谥号桓王。太子姬佗继位，是为周庄王。