Μετά το θάνατο του Αχιλλέα ο Νεοπτόλεμος πείστηκε από τον Οδυσσέα να πολεμήσει στην Τροία γιατί ήταν δισέγγονος του Αιακού. Σύμφωνα με το χρησμό ή Τροία δεν θα έπεφτε χωρίς τη βοήθεια του απογόνου του Αιακού, μιας και αυτός είχε βοηθήσει την κατασκευή των τειχών της .
Ο Νεοπτόλεμος φορώντας τον θώρακα και τον οπλισμό του πατέρα του Αχιλλέα, που του τα είχε δώσει ο Οδυσσέας αναδείχθηκε σε ήρωα της άλωση της Τροίας, ήταν από τους πρώτους που εισχώρησε στην Τροία εξερχόμενος από το δούρειο ίππο.
Σκότωσε τον Πρίαμο και τον γιο του Έκτορα Αστυάνακτα και θυσίασε στον τάφο του πατέρα του την κόρη του Πριάμου Πολυξένη. Μαζί του ως λάφυρο πήρε την συζύγου του Έκτορα Ανδρομάχη.
Για την επιστροφή του υπάρχουν διάφορες παραδόσεις. Σύμφωνα με μία εκδοχή εγκαταστάθηκε στην ήπειρο και έγινε βασιλιάς των Μολοσσών, ενώ μία άλλη εκδοχή αναφέρει ότι επέστρεψε στην πατρίδα του και παντρεύτηκε την κόρη του Μενέλαου και της Ελένης Ερμιόνη, την οποία όμως ο πατέρας του είχε υποσχεθεί προηγουμένως τον Ορέστη.
Ο Ορέστης φέρεται να σκότωσε τον Νεοπτόλεμο στους Δελφούς όπου έλεγαν πως υπάρχει και ο τάφος του Νεοπτόλεμου. Οι κάτοικοι της περιοχής τον λάτρευαν σαν ήρωα.
Ο Παυσανίας αναφέρει ότι σκοτώθηκε από ιερέα του Απόλλωνα πάνω στην εστία του ναού.
Σύμφωνα με την παράδοση ο τάφος του βρισκόταν κοντά στην είσοδο του ναού του Απόλλωνος στους Δελφούς. Αργότερα τα λείψανα του μεταφέρθηκαν σε τέμενος που αφιερώθηκε στην μνήμη του.
Το τέμενος βρισκόταν στο ύψος του ναού του Απόλλωνα βορειοανατολικά αυτού και δυτικά της στοάς του Αττάλου. Εντός του υπήρχε ο τάφος του καθώς και βωμός στο βόρειο τοίχος της περιβόλου
Το 333 π.Χ. μετά τη μάχη της Χαιρώνειας ανακαινίστηκε από τους Θεσσαλούς οι οποίοι τον τιμούσαν ιδιαίτερα.