召入朝，曆任散騎常侍、禦史中丞等職。
禦史中丞負責監察百官，職權重大，也極易得罪權貴。
但周處素來剛正不阿，不避權貴，隻要發現官員有違法亂紀之事，便直言彈劾，毫不留情。
當時，西晉皇室成員、外戚權貴憑借權勢，多行不法之事，朝廷大臣大多敢怒而不敢言。
周處卻無所畏懼，先後彈劾了一批權貴，包括梁王司馬肜的親信。
他的公正無私，贏得了朝中正直之士的敬重，卻也因此得罪了不少權貴，為日後的悲劇埋下了隱患。
西晉元康六年（公元296年），氐人齊萬年在關中起兵反叛，聚眾十餘萬，攻城略地，聲勢浩大。
西晉朝廷多次派兵鎮壓，均以失敗告終。
一時間，關中震動，朝野上下人心惶惶。
朝廷商議再次派兵征討，梁王司馬肜因與周處素有嫌隙，便借機推薦周處為建威將軍，跟隨安西將軍夏侯駿率軍前往關中平叛。
朝中大臣深知此行凶險，且司馬肜心懷不軌，紛紛勸說周處推辭此事。
有人勸道：“你家中有老母需要贍養，可上書朝廷，以孝為由推辭出征。”
周處卻答道：“忠孝不能兩全，如今國家有難，我豈能隻顧自家私情？”
他早已將個人生死置之度外，隻想著為國分憂，平定叛亂，保護百姓。
周處深知司馬肜的為人，也明白此行大概率是九死一生，但他依然義無反顧地踏上了征程。
臨行前，他對友人說道：“我此去，必當以死報國。若能平定叛亂，雖死無憾；若不幸戰死，也無愧於國家與百姓。”
他將母親托付給友人照料，隨後便率領軍隊奔赴關中。
軍隊抵達關中後，夏侯駿與司馬肜果然心懷叵測，處處刁難周處。
齊萬年得知周處前來，曾對部下說道：“周處昔日在新平郡時，威名遠揚，如今他率軍而來，銳不可當。但若他得不到援軍支持，孤軍奮戰，我們便可將其擊敗。”
元康七年（公元297年）正月初四，司馬肜命令周處率領五千士兵，進攻齊萬年的七萬大軍。
周處深知敵我兵力懸殊，寡不敵眾，便向司馬肜請求援軍，說道：“敵軍兵力數倍於我軍，若沒有援軍，此戰必敗無疑。”
然而，司馬肜卻置若罔聞，堅決拒絕了周處的請求，逼迫他立即出兵。
周處明白，司馬肜是想借齊萬年之手除掉自己，但他身為將領，豈能臨陣退縮？
他毅然率領五千士兵，奔赴戰場。出發前，周處的士兵們尚未進食，司馬肜卻下令催促進軍。
周處深知此去必死，他撫摸著腰間的佩劍，慷慨激昂地對士兵們說道：“今日一戰，我們以寡敵眾，大概率難以生還。但身為軍人，當為國捐軀，戰死沙場，乃是榮耀之事。願與諸位一同死戰，以報國家！”
士兵們深受感動，紛紛表示願意跟隨周處，與敵軍決一死戰。
戰鬥打響後，周處身先士卒，手持長矛，衝入敵軍陣中。
他奮勇殺敵，所向披靡，士兵們也緊隨其後，奮勇拚殺。
從清晨到日暮，周處率領士兵們與敵軍展開了慘烈的激戰，斬殺敵軍數以萬計。
然而，敵軍人數眾多，源源不斷地湧上戰場，而周處期盼的援軍卻始終沒有出現。
士兵們漸漸體力不支，傷亡慘重，箭矢也即將耗儘。
有人勸周處突圍，尋找援軍，但周處卻搖了搖頭，說道：“我受國恩，奉命出征，豈能臨陣脫逃？今日便是我以身殉國之日！”
他繼續率領殘餘的士兵，與敵軍展開最後的搏鬥。
最終，周處力竭戰死，時年四十九歲。
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