La guerre de Sempach fut un affrontement militaire décisif entre la maison d'Autriche et la Confédération, autour de la formation d'une seigneurie territoriale dans la zone allant de l'Autriche antérieure habsbourgeoise aux Alpes. La victoire des Confédérés à Sempach le 9 juillet 1386 affaiblit les Habsbourg-Autriche à tel point qu'ils ne purent plus tenir, à terme, leurs positions dans les territoires situés au sud du haut Rhin.
Après l'acquisition du Tyrol en 1363 et le partage des biens habsbourgeois en 1379, le duc Léopold III de Habsbourg s'efforça très activement de créer une liaison directe entre les pays antérieurs et le Tyrol, notamment en prenant en gage Nidau, Büren et Altreu (liaison avec Fribourg en Nuithonie) et en contrôlant les cols du Hauenstein (liaison avec l'Alsace). Mais il se heurta aux intérêts territoriaux des villes confédérées, ceux de Berne surtout, qui put les faire triompher déjà dans la guerre de Berthoud en 1383-1384, ceux de Lucerne, de Bâle et de Soleure. Jusque-là, les villes avaient mené leur politique territoriale par le biais d'achats et de prises en gage ou en fief, et de plus en plus par des traités de combourgeoisies ou par la réception (interdite en fait par les lois de l'Empire) de bourgeois forains. Ces procédés vidaient de leur substance les seigneuries nobles; on aboutit à un conflit d'intérêts aigu entre la noblesse et les villes. Celles-ci formèrent des ligues, d'esprit nettement anti-habsbourgeois; la plus vaste fut la Ligue de Constance (1385), qui rassemblait Zurich, Zoug, Soleure, Berne, Lucerne indirectement et cinquante et une villes d'Allemagne du Sud. Pour Léopold III, la situation était aggravée par le fait qu'il ne pouvait pas compter sur l'appui de l'empereur et qu'il avait pris parti pour Avignon, dans le Grand Schisme d'Occident, alors qu'en Allemagne du Sud, la majorité soutenait le pape de Rome Urbain VI. Au début, il chercha donc à éviter un conflit ouvert en favorisant la voie du compromis. Les villes confédérées étendaient cependant leurs sphères d'influence et entraient en opposition avec les détenteurs locaux de charges et de gages autrichiens. Lucerne en particulier, toujours autrichienne en droit, s'émancipait de plus en plus et menait dans ses environs une politique agressive en multipliant les bourgeois forains.
Les premières escarmouches eurent lieu à la fin de 1385, quand des Zurichois, des Zougois et des Lucernois attaquèrent sans déclaration de guerre formelle ni ordres officiels les places autrichiennes de Rapperswil, Sankt Andreas près de Cham, Rothenburg et Wolhusen. De nombreux châteaux forts de vassaux autrichiens furent détruits. En janvier 1386, Lucerne accorda sa combourgeoisie à l'Entlebuch et à la petite ville de Sempach, puis aux bourgades de Meienberg, Richensee et Willisau. Les officiers autrichiens réagirent avec violence; ils levèrent une troupe qui battit les Confédérés à Meienberg. Le 14 janvier, Lucerne appela à l'aide Zurich et les Waldstätten. On aboutit à un cessez-le-feu le 21 février 1386. Des négociations de paix furent menées à Zurich, en mai et juin principalement, sous l'égide des villes souabes, restées en dehors du conflit pour des raisons essentiellement économiques, mais le cessez-le-feu ne fut pas prolongé. La volonté d'en découdre des Confédérés, appuyée sur le récent essor de leur conscience collective, transforma la guérilla initiale en une confrontation militaire ouverte. Le conflit devint un affrontement décisif entre les roturiers des villes et communautés de vallées confédérées, d'un côté, et la noblesse d'Allemagne du Sud de l'autre.
Le duc Léopold III prépara sérieusement une riposte. Il rassembla ses troupes, composées de chevaliers souabes, alsaciens, argoviens, thurgoviens et tyroliens, de mercenaires italiens, français et allemands, ainsi que de représentants des élites urbaines d'Allemagne du Sud, près de Brugg, ce qui fit penser qu'il porterait son attaque contre Zurich. Les Confédérés se disposèrent donc à protéger cette ville. Cependant, la cavalerie autrichienne s'ébranla à la fin de juin en direction de Sempach, sans doute dans l'intention de dévaster Lucerne et ses campagnes, en passant par Zofingue, Willisau (qui fut incendié) et Sursee. Le 9 juillet 1386, elle se heurta de manière inattendue, au-dessus de Sempach, aux troupes des cantons de Lucerne, Uri, Schwytz et Unterwald (Berne n'avait pas donné suite à la demande d'aide) venues de Zurich, et l'on en vint à une bataille rangée. Inférieurs en nombre et surpris dans une position désavantageuse, les Confédérés commandés par Petermann von Gundoldingen réussirent néanmoins, après des difficultés initiales, à anéantir l'armée autrichienne.
Le déroulement exact de la bataille est mal connu; les premiers récits ne mentionnent pas l'action de Winkelried, qui en aurait retourné le cours (Arnold Winkelried). Outre le duc Léopold III, un grand nombre de nobles de la région y laissèrent la vie; les familles d'Aarberg, Baldegg, Bechburg, Büttikon, Eptingen, Falkenstein, Hallwil, Reinach et Rotberg perdirent chacune plusieurs de leurs membres. La défaite des Habsbourg eut un large écho. Les historiographes autrichiens l'interprétèrent comme un acte criminel de sujets rebelles contre leur seigneur légitime. Les Confédérés pensèrent qu'ils avaient vaincu avec l'aide de Dieu. Pour la maison d'Autriche, la défaite eut de graves conséquences: cet effondrement dans les pays antérieurs la conduira bientôt à l'abandon de ses territoires en Suisse. Ses alliés (nobles et élites urbaines) subirent une énorme saignée. En revanche, les villes de Lucerne, Berne et Soleure virent s'ouvrir des possibilités d'expansion facile dans les seigneuries autrichiennes laissées sans protection. Berne, qui jusqu'à ce moment n'avait pas pris part à la guerre, lança des campagnes de pillage dans le Val-de-Ruz, l'Oberland, l'Emmental, l'Argovie et sur les rives de l'Aar. Lucerne put garder les territoires conquis (définitivement en 1389). Glaris s'émancipa de la domination autrichienne à la bataille de Näfels le 9 avril 1388. Le 12 octobre 1386, Lucerne, Zoug, Zurich et les Waldstätten signèrent avec le duc d'Autriche un cessez-le-feu, suivi le 14 janvier 1387 d'une paix d'un an, à laquelle se joignirent Berne et Soleure. Des actions militaires se poursuivirent néanmoins jusqu'à la "paix de sept ans" du 1er avril 1389. Finalement, les belligérants conclurent le 16 juillet 1394 une paix de vingt ans.
La bataille de Sempach occupe une place de choix dans l'historiographie, l'iconographie et la mémoire collective suisses et lucernoises. Une chapelle Saint-Jacques fut élevée sur le site en 1387 déjà; une fête commémorative y est célébrée chaque année. Si les sources contemporaines sont peu loquaces, les chroniqueurs plus tardifs (Diebold Schilling de Lucerne, Aegidius Tschudi) s'étendent largement sur les événements. Au XXe s., Sempach fut instrumentalisé à des fins politiques, surtout dans le cadre de la défense spirituelle.