Mediauppspelning stöds inte på den här enheten
Pakistan var bowled ut för 234 efter Alastair Cook (76 inte ut) och Joe Root (71 inte ut) hjälpte England deklarera på 173-1 att sätta ett mål på 565.
James Anderson och Chris Woakes tog 3-41 och Moeen Ali 3-88 som Pakistan förlorade sina sista sex wickets för 89 körningar att förlora på den fjärde dagen.
Segern var Englands näst största mot Pakistan när det gällde körningar.
Men, allrounder Ben Stokes kommer att ha en scan på tisdag efter att ha skadat en kalv medan bowling i eftermiddagssessionen.
Pakistans högsta stativ var 58 Mohammad Hafeez och Younus Khan satte på för den tredje Wicket, men båda föll till Moeen i rymden av sex overs.
Mohammad Amir var sist ut, borttagen av Woakes för 29.
Det tredje testet i Edgbaston börjar den 3 augusti.
England, som valde att inte genomdriva uppföljningen på söndagen, lade till 75 körningar i nio overs på morgonen efter att ha återupptagit 98-1.
Root slog 10 fyror i sin 48-boll 71 att gå med sin första innings 254, medan Cook - 49 över natten - tog upp sin snabbaste Test halv-talet, av 55 leveranser.
Anderson, på sin hemmaplan, gjorde tidiga infarter som han hade Shan Masood fångad i slipsen för andra gången i matchen innan fånga Azhar Ali lbw, men Hafeez och Younus gjorde motstånd för 15.1 overs.
Med Stokes, som skadades under sin uppföljning, utanför fältet, slog Moeen till två gånger. Han hade Hafeez fångad på korta ben för 42 och Younus på lång tid för 28.
Woakes skålade sedan Misbah-ul-Haq för 35, skepparen har satt på 43 med Asad Shafiq.
Efter att Sarfraz Ahmed blev Woakes andra offer fullföljde Anderson och Moeen sina trevekliga drag genom att fånga Shafiq respektive Yasir Shah lbw.
Deltid spinner Root tog sedan en wicket med bara sin andra boll, att Wahab Riaz fångas på korta fina benet.
Amir slog fem fyrar i sitt 43-ball motstånd, men Woakes avslutade saker genom att få honom fångad mitt i off när han försökte köra.
Mannen i matchen Joe Root på Test Match Special: "Det är en fantastisk känsla. Det handlar om att bidra till vinster. Det är det mest kontrollerade jag spelat.
"Bowlarna ympade sig riktigt hårt idag och igår kväll. Det var en riktigt bra insats från hela laget. Det sätter upp den snyggt för serien."
England kapten Alastair Cook: "Jag blev förvånad över beslutet att inte följa upp orsakade en sådan uppståndelse. För mig var det lite av en no-brainer. Jag tror att alla andra ville ha en ledig dag."
Förre England kapten Michael Vaughan: "Det är en absolut hamrande. Det har varit väldigt likt Sri Lanka-serien, där England dominerade med den här typen av prestationer."
Pakistan kapten Misbah-ul-Haq: "Vi måste förbättra i varje avdelning. Vi kunde inte bygga tryck och låta dem få en massiv total i de första innings.
"Om vi hade begränsat dem till 350, hade vi en chans. Men det var svårt att komma tillbaka från 600."
England thrashed Pakistan av 330 körs i den andra testet på Old Trafford till nivå fyra-matchen serien på 1-1.