他实施的第一次变法，主要内容有：
一、编定户籍，实行连坐法，鼓励检举。把居民按“五家一伍，十家一什”编组，凡是告发奸人的，与杀敌斩首同赏，不告发的要腰斩。旅店收留无证者，旅店主人与奸人同罪。
二、禁止私斗，奖励公战，以军功授爵，废除世袭爵禄。他推出了一整套新的爵位等级制——二十等爵，按爵位高低，分别享有不同等级的田宅、官职、俸禄。从此全社会以军功大小来定尊卑贵贱。公族宗室的“铁饭碗”完全废除，宗室没有军功的，开除宗室籍，与平民无异。
三、重农抑商，奖励耕织，特别奖励开荒。凡生产模范者，可免税、免劳役。凡从事末流或因懒惰致贫的，罚没为官奴。
四、禁游说之士，焚烧《诗》、《书》。商鞅焚诗书，是先于秦始皇开了焚书之先河，之所以这样做，是因为他认为儒家思想“（效）法先王”的主张与变法冲突，所以干脆不要传统的意识形态，以法律取代之。同时废除知识分子，以官吏取代之。
如此力度的改革，必然触及贵族集团利益，所遭遇的反弹异常强烈。据载，变法之初，栎阳城内“言初令之不便者以千数”。
物议如沸，群情汹汹。
老世族的特权一夜之间化为乌有，他们怎能甘心？
知识分子忽然变成非法游民，他们怎么服气？
秦国执法历来严苛，这些失意者不敢与新法对抗，就唆使年幼的太子嬴驷故意犯法。
商鞅早知道，“法之不行，自于贵戚”，原本想狠狠治太子的罪，但考虑到太子是嗣君，不得施加刑罚，就下令对太子傅（太子的老师）公子虔施以劓刑（割掉鼻子），对另一位太子老师公孙贾施以黥刑（脸上刺字），处罚他们的连带责任。
自此，秦人都知道这个左庶长不好惹，全都低首下心地服从新法，没有敢犯法的。三年之后，新法畅通无阻，百姓也纷纷称便。但是，商鞅毕竟是一个精英分子，他的法律有利民的一面，是为了国家利益，他本人对百姓其实并不在乎。
有老百姓当初说新法不便，而后来又跑到商鞅面前说新法是便利的，商鞅都极为厌恶，说：“这都是些扰乱教化的小民。”于是全部把他们迁往边地。这一来，百姓再也不敢议论法令如何了。
法令如何，是国家事，与民无关，不用你们多嘴。
商鞅明白：于公于私，他要的就是这样说一不二的威权。
在商鞅变法的过程中，秦国的强邻魏国，与赵、齐等国征战不休。秦国趁机搞了几次偷袭，出兵击魏。大约是变法后秦民变英勇了吧，几次偷袭，回回得手。
秦孝公八年，魏国正倾全力围困赵都邯郸，秦军趁机突袭魏国的元里（今陕西澄城南），斩首七千，拿下了少梁（今陕西韩城南）。
秦孝公十年，商鞅升任大良造，这是秦国当时最高的官职，兼领文武，相当于三晋所设的相，后世因此也称作“商鞅相秦”。
这一年，魏国正与齐国激战，秦孝公令商鞅领兵包围了魏旧都安邑（今山西夏县），守军举城而降。
第二年，商鞅又领兵突袭魏国的固阳（今地不详），魏守军又降。
秦国当时的高官，文武不分，商鞅带兵打仗是分内的事，后世不大提他这方面的功绩，虽然不算太大，但却没有败绩，可见他治军也还有一套。
变法进行了一轮之后，秦孝公和商鞅考虑到要消化一下成果，且对保守势力的抵制也有所顾虑，所以中间停顿了一段时间，没有新的举措推出。
到秦孝公十二年，商鞅又实行了第二次集中的变法，主要内容是：一、开阡陌（田间小路）平封疆。过去实行井田制，阡陌就是公田和私田之间的标记，封疆则是奴隶主封邑的边界。现在把这些标记统统铲平，完全废除了井田制。铲平的地方视为荒地，谁开垦，就归谁所有。
二、普遍建立县制。全国共设四十一县（一说三十一县），实行县、乡、里三级管理体系，各级主官直接由君主任命，完全取消了原先的贵族封邑，形成完备的官僚机构。这与前期秦国在扩张中的“灭国设县”有很大区别。
三、移风易俗。秦人长期与戎狄杂居，流行的是原始的“血婚制”，父子兄弟同室而居。新法禁止此类陋习，强制百姓建立自己独立的小家庭。
四、统一度量衡、统一赋税。我们今天还能看到，出土的战国文物中有一种铜家伙，是称粮食用的，叫做“商鞅方升”。
就在这次变法的同年，秦国正式迁都至咸阳。
