经济文化措施战国时期，各国的度量衡和文字并不相同，如齐国用的是刀币，楚国用的是蚁鼻钱；从出土兵器上的铭文来看，楚国的文字与齐国的文字有很大不同，而秦国与东方六国的文字在形体上又有很大区别。秦国的文字更多地继承了西周金文的特点，而东方六国的文字则在字形方面表现出了与西周金文极大的不同。各诸侯国所用文字之字形的差异是文字发展受社会经济、文化水平的影响造成的，是文字发展的必经阶段。但字形间的差异也为社会交流设置了不少的障碍，所以，统一文字的要求早在秦统一天下之前就已经出现，如《中庸》中就有“书同文”的说法（《中庸》的成书时间仍然存在争议，但应该不会晚于战国时期）。秦朝为了统一文字，除了颁布法令之外，还组织人力编写了字典，用于规范字形。据《说文解字·序》：“秦始皇帝初兼天下……罢其不与秦文合者。（李）斯作《仓颉篇》，中车府令赵高作《爱历篇》，太史令胡毋敬作《博学篇》，皆取史籀大篆，或颇省改，所谓小篆者也。”“史籀大篆”指秦国以《史籀篇》为基础而采用的字体，即狭义的“大篆”（广义的“大篆”可指自甲骨文至战国时期的文字）。“罢其不与秦文合者”意指废除东方六国文字与秦国文字之间的异体；“省改”指简化字形。这就是小篆，现存的“泰山刻石”残石即是小篆的典型作品。统一度量衡和文字不仅是大一统思想的显露，它们也有利于经济和文化的发展。
秦始皇的文化政策也令他日益孤立。李斯等人认为“古之五帝三王，知教不同，法度不明……其身未殃，诸侯倍叛，法令不行”，因此，李斯所理解的统一不仅是疆土的并一，还包括“法令”的统一，认为“天下无异意，则安宁之术也”。公元前213年，大臣们发生了关于封建、郡县制的争议，淳于越建议行封建制，但李斯仍然反对，认为时世变异，治法理应不同，并讥笑淳于越等为“愚儒”。李斯为秦始皇分析了此前天下散亡的原因：诸侯并立，人人师古害今，私学兴盛。李斯建议：“臣请史官非秦记皆烧之。非博士官所职，天下敢有藏《诗》、《书》、百家语者，悉诣守、尉杂烧之。”“若欲有学法令，以吏为师。”只留医药卜筮种树之书不烧。李斯的建议正合秦始皇心意。李斯所言旨在废除私学，确立官方的哲学思想，最终达到巩固中央集权的目标。这在当时固然是大势所趋（汉武帝时的“独尊儒术”与李斯的意图大致相同），但他显然忽视了战国以来形成的传统社会所具有的惯性力量，这股力量直到汉武帝时代仍然存在，李斯想依靠暴力手段扼制它并不切合时宜，显得粗暴无知。
焚书之后又发生了坑杀儒生的惨案。受秦始皇重用的方士侯生和卢生奉命为他寻找仙药，二人看到秦始皇刚愎自用，为所欲为，且贪得权势，二人心有不满，于是溜之大吉。秦始皇得知消息后，大发雷霆，觉得自己被“文学方士”欺骗了，继而怀疑“诸生在咸阳者”散布谣言，妖言惑众。派出的吏员日夜审问诸生，诸生又互相告发，最后将“犯禁者”460人全部坑杀。太子扶苏因极力劝谏而被秦始皇发配至蒙恬的军队中任职。
“焚书坑儒”断绝了士人对秦王朝的梦想，这也是它日后瞬间土崩瓦解的原因之一。“焚书坑儒”是秦始皇将暴力手段带入思想文化领域的直接后果，它虽然可以暂时压制住自战国以来一直活跃的私学，但并不能改变思想发展的客观逻辑。汉兴以后，各类学术迅速恢复，而且直承战国，恰好证明了秦始皇的无知。尽管如此，“焚书坑儒”仍然给中国文化造成了严重的损害，很多典籍因此散佚。
皇帝气象为进一步瓦解抵抗力量，秦始皇下令没收平民拥有的兵器，在咸阳将之销毁，铸成铜人和钟；又将各地大室豪族共十二万户迁到咸阳。由于秦朝之前是诸侯争强的局面，所以在统一之后，各地仍有很多旧贵族，或富室大家。这些家族在当地都拥有一定的号召力，对新的统治者来说，他们都是潜在的威胁。迁徙巨室豪族可以削弱这种威胁。汉兴以后，一直有利用修建陵墓的机会迁徙大户的惯例。
秦始皇希望为自己树立起一个“圣君”的形象，他勤于政事，给自己定下了日览120斤文书的额度，完成之后才能休息。他还喜欢巡游各地，并立石颂德。秦始皇二十七年，即公元前220年，秦始皇开始了合并天下后的第一次巡游。第二年，他巡游至鲁国故地，在邹峄山立碑，并召集当地的儒生商议碑文的内容和封禅祭祀等事。继而上泰山，举行祭祀，刻立石碑。下山后在梁山（在泰山旁）又举行祭祀，刻石颂德。刻石除了歌颂皇帝的功业以外，还描写了他所期望的理想之境：“皇帝躬圣……夙兴夜寐，建设长利，专隆教诲。训经宣达，远近毕理，咸承圣志。贵贱分明，男女礼顺，慎遵职事……化及无穷……”继续往东，秦始皇登上之罘山，又留下了石刻。转而向南，登上琅邪山，同样竖立石刻。在石刻中，说皇帝要“忧恤黔首，朝夕不懈”、“诛乱除害，兴利致福。节事以时，诸产繁殖。黔首安宁，不用兵革”。最后，不忘高歌“功盖五帝，泽及牛马”。儒家等诸子所崇尚的三皇五帝显然成了秦始皇的“偶像”，他认为自己合并天下，消弭了战乱，安定了百姓，已经“功盖五帝”。不仅如此，秦始皇还希望儒生们能理解他的事业，因而放下姿态，与鲁地的儒生共商祭祀。儒生的反应在史书上没有留下多少记载，不过，秦始皇的一班武将大臣却深得君上心曲，他们认为皇帝已经实现的功业早已超过三皇五帝（见《史记·秦始皇本纪》）。在这些石刻中，屡屡提及法令严明，看来秦始皇对于“以法治国”颇为得意。考古所见的很多秦国兵器制作精良，且有着几乎划一的标准，以及众多的法律文书，都反映出了秦朝法律体系的复杂和高效。如此好的治国理念，秦始皇没有理由不坚持。
秦与周相比，是一个全新的时代。面对一个庞大的国家，秦始皇需要在很多方面进行探索。巡游也许源于古代典籍所记载的巡狩，君王要定期巡狩诸侯，通过巡狩，君王可以视察民情，也可以解决一些政治问题。但对于秦始皇而言，巡游也许还可以自我欣赏和炫耀武威。例如秦始皇在巡游途中遭遇大风而不得渡江时，他勃然大怒，驱使三千刑徒将湘山上的树砍伐殆尽，这是施威于神；公元前218年，巡游至河南阳武县的博狼沙，遇见了盗匪。为了抓住强盗，秦始皇下令大肆搜索，十天后才罢休，此为施威于民。石刻上固然有隽永的文辞和美好的愿景，但秦始皇的行动并不受这些文字的约束，他一方面沉醉在古圣帝王和长生不老的传说当中，忙于巡游、派出人员寻找不老丹药和接受臣子的奉谀；一方面越来越刚愎自用，以日益惨苛的手段来实现自己的愿望。吞并天下之后，秦始皇仍然承袭战争时代的作风，似乎陷入了自我膨胀式的迷狂之中。
从即位之初起，秦始皇就开始在骊山为自己修筑陵墓，极尽奢华。这座人类历史上最大的地下王陵包括了地宫，《史记》记载：“穿三泉，下铜而致椁，宫观百官，奇器异怪徙藏满之。以水银为百川江河大海，机相灌输。上具天文，下具地理，以人鱼膏为烛，度不灭者久之。”“穿三泉”是形容地宫的深度，也有可能指在施工过程中碰到地下水。根据考古勘察，地宫可能距地面35米深，东西长170米，南北宽145米，仅位于地宫中央的墓室的面积就约与一个标准足球场相当。地宫内确实有水银，司马迁的记载是可信的。水银不仅可以代表江湖大海，而且可以防腐，又因汞气体的剧毒性质，灌注水银还可以起到防盗的作用。陵园的地表总面积56.25平方公里，陵墓封土原高约115米，现在仍有76米。陵园有内外两重城垣，内城周长3840米，外城周长6210米。1974年，当地村民在打井时发现了秦始皇陵兵马俑坑。经过考古工作人员的进一步发掘，确认这是秦始皇陵墓的陪葬坑。整个陪葬坑从西向东，三个坑呈“品”字形排列。一号坑就长230米，宽62米，深5米，总面积14260平方米。坑内有几千个陶俑，陶俑的造型十分逼真，无不栩栩如生，他们被排列成一个包括了不同兵种的完整作战队形。兵马俑坑只是秦始皇陵的陪葬坑，但它的艺术性和工程量已非常令人吃惊，被称为“世界第八大奇迹”。
秦始皇陵至少修建了35年以上，直到陈胜手下的将军周文率领的农民起义军攻至陵园附近，秦二世才听从将军章邯的建议，下令停止施工（此时整个工程已进行至收尾阶段），将修陵的劳力组编成军队扑向起义军。
在南方，秦始皇继续开疆辟土，组织军队攻城略地，相继设置了桂林郡、象郡、南海郡。在西北，派蒙恬率兵30万，攻击匈奴，并开建巨大的防御工程：长城。公元前212年，为便于向北方出兵，开始修筑直道。所谓直道就是宽阔平直，便于马车奔驰的道路，是当时的“高速公路”。对于秦直道，《汉书》有这样的描写：“道广五十丈，三丈而树，厚筑其外，隐以金椎，树以青松。”秦代一尺大约是现今的0.23米，50丈就是115米，每隔7米左右就植树一棵。从实地勘察的结果看，秦直道的路面最宽可达60米，一般则在20米左右，《汉书》显然夸大了数字。《史记》称秦直道“自九原抵甘泉，堑山堙谷，千八百里”，即从今天陕西的淳化县梁武帝村至内蒙古包头市。这条直道的遗迹现在仍然清晰可辨，有些部分甚至仍在使用。
另一项大型工程阿房宫也于公元前210年开工。阿房宫位于现在的西安西郊，据司马迁的记载：“前殿阿房东西五百步，南北五十丈，上可以坐万人，下可以建五丈旗，周驰为阁道，自殿下直抵南山，表南山之巅以为阙，为复道，自阿房渡渭，属之咸阳。”一步约合6尺，也就是说，阿房宫东西长690米，南北长约115米，殿中可以容纳1万人，四周都有阁道包围。如此宏伟的宫殿，需要的财力和劳力都是数以千万计的。阿房宫动工约一年后，秦始皇去世，当时只修筑了一座前殿。据考古勘探，阿房宫前殿遗址的台基长1270米，宽426米，其工程浩大由此可见一斑。
战争和劳役令老百姓连年奔走，怨声载道。众多大型工程使秦始皇在巡游时刻立的石碑变成了强烈的反讽，并将新的王朝推向危险的边缘。
公元前211年，有人在陨石上刻下了“始皇帝死而地分”的字句。一年后，秦始皇遵从前一年卜筮所得的忠告，又开始巡游。但这次巡游并没有实现它的初设目标，秦始皇在中途因病逝世。
秦始皇创立了中央集权的政治体制，揭开了中国历史的新篇章，他也为历代梦想成为圣君贤主的君王竖起了一些标准，比如开疆辟土、征伐夷狄；天下归一、四宾来服；自比三皇五帝、梦想不老成仙。秦始皇的暴政虽遭诟病，但他的理想，以及在政治制度建设方面的探索，甚至成仙之类的妄想都被人继承。
秦帝国的覆灭秦国的统一在相当程度上依赖来自东方的人才，他们是一个特殊群体。这些人大多出身低微，对名利爵禄有着如饥似渴的占有欲，在危难之时，他们可能表现出惊人的勇气和才智，但面对人性的考验，他们又可能畏首缩足，难堪重托。李斯就是这类人物中的典型，他为秦国的统一作出了很大的贡献，但他的贪图名利也加速了秦帝国的覆灭进程。
沙丘之谋李斯本是楚国的一介布衣寒士，先跟从当时的大儒荀子学“帝王之术”，然后只身往西，入秦国。到秦国后，李斯投靠吕不韦门下，由他推荐，成为秦王政身边的近侍。期间，李斯曾向嬴政献《论统一书》，力主秦王早日实现天下一统。此次上书使秦王对李斯刮目相看，很快任命他为长史（此官职战国末年始置，起初职责不明），再后又拜为客卿（春秋战国时期的官职，多授予担任高官的外国人），并命参与制定统一战争的策略。公元前237年，秦国贵族指斥来自韩国的郑国利用修建水渠的机会消耗秦国国力，进而将矛头对准游说之士，认为他们在秦国搞间谍活动。秦王在贵族的压力下，下令驱逐说客，其中包括李斯。李斯在离开秦国的途中，向秦王上《谏逐客书》。这篇千古少有的佳作列举了大量的历史事实，说明秦国的富强离不开外国的人才，劝秦王不拘地域、国别，广聚人才。这篇文章为李斯带来了转机，秦王看到文章后马上取消了此前的命令，并擢用李斯。
李斯是秦国统一战争计划的主要策划者，他以自己出类拔萃的才能辅佐秦王合并天下。统一之后，李斯已经官至丞相，位列三公，权倾朝野：长子是一方要员，几个儿子都贵为驸马，几位女儿则嫁与各位王子为妻。在地方任官的长子李由有一次回咸阳，李斯为其置酒洗尘。溜须拍马者闻风而动，李斯家门口停驻的车骑竟成百上千。身临如此盛况，李斯却不无担忧：“我的老师曾告诫我，说‘物禁大盛’。想我年轻时生活艰难，而现在却位居人臣之极，今后的日子吉凶难料啊！”虽然担忧，但李斯终究做不到顺势而退。
公元前210年，秦始皇在巡游途中，于沙丘去世，李斯的担忧很快变为事实，这可能是他始料未及的。
秦始皇死后留下遗诏，要戍边在外的太子扶苏将兵权交给将军蒙恬，然后回咸阳参加葬礼，这相当于要扶苏回咸阳继承帝位。诏书是赵高代写的，而赵高又是秦始皇另一个儿子胡亥的老师，胡亥当时恰好随驾巡游。秦始皇病逝后，消息秘而不发，只有李斯、赵高、胡亥及几位亲近的宦官知道。
身为胡亥的老师，赵高企图立胡亥为新帝。因此，如何对付太子扶苏成为当务之急，而除掉扶苏又必须获得丞相李斯的支持。当赵高开始说服李斯时，李斯斥责他丢弃了臣子本分，不立太子而立胡亥是“亡国之言”。面对位高权重的丞相，赵高显得信心十足。他首先恐吓李斯，说自己入宫二十余年来，未尝见丞相或功臣有“封及二世者”，且无有得善终者。这还不够，赵高还不忘提醒李斯，在这场选立新帝的斗争中，一定不要站错队！如果扶苏登基，帝临天下，必将用蒙恬为丞相，先帝旧臣之失宠，乃必然之事；如果胡亥获胜，而丞相现在又与我们为敌，这也未必是上策！
李斯乃说客出身，赵高的恐吓岂能使他改弦易张？再一次被李斯驳斥后，赵高抛出了爵禄和名利的诱饵，战国说客毕竟是逐利之徒，赵高好像将李斯一眼看到了底。在义、利之间的抉择令李斯左右为难，甚至仰天长叹。但他迅速为自己的选择找到了合理的台阶：身逢乱世，无力奉持先帝遗志。
事实证明，选择与赵高、胡亥为伍，是李斯一生中的败笔。扶苏登基后，可能另择新相，但在赵高和李斯之间，胡亥肯定更看重赵高，而非前朝老臣。扶苏忠孝仁慈，胡亥庸碌无能，以李斯之机敏和洞察力，二人之高下明晰可见，立然可判。可惜此刻的李斯不再是当年冒死上“谏逐客书”的李斯，功成名就之后，患得患失如影随形，赵高正是利用了这一点。
荀子以“帝王之术”教诲李斯，告诫他一定要警惕“物极必反”、“盛极而衰”的规律，这也是战国游士惯常引用的语言。但当李斯面临重要抉择时，他显然忘掉了老师的教诲。胡亥登基之后，李斯可以选择顺势而退，利禄未必全保，但终不至于弃尸于市，株连三族。到后来，贪慕名利的李斯竟被赵高玩弄于股掌之间。“利令智昏”，诚为智者之言！
李斯之死李斯的悲剧似乎早已注定。年轻时曾任小官员，看到厕所中的老鼠不仅吃食肮脏，而且整天提心吊胆，一见到人或狗，更是仓皇避之。而粮仓中的老鼠就不同了，藏身在大梁之下，以粮为食，也没有人和狗的骚扰。李斯发出感叹：“人之贤不肖譬如鼠矣，在所自处耳！”（《史记·李斯列传》）李斯既然选择了“仓中之鼠”，则官位厚爵是绝不可抛弃的。人无近忧，必有远虑，“仓中之鼠”果能高枕无忧吗？肥硕之鼠，行动迟缓，加之长处安乐，反应迟钝，一旦危机降临，往往逃之不及。
胡亥登基后，听从赵高的主意，起用亲近之人，先帝故臣大受冷落。不仅如此，胡亥还采取极端的手段消灭异己，杀害将军蒙毅等功勋卓绝的大臣，以及自己的兄弟姐妹，他们的财产也尽数入官，连坐者更是不可胜数。与此同时，秦二世又治阿房宫，修直道，赋敛较秦始皇有过之而无不及。被逼至生存底线的民众奋臂而起，在陈胜、吴广的带领下开始了反抗。
由于李斯长子李由镇压不力，群臣多有讥议，认为李斯位居三公，自己的儿子却不能保一方安宁。当二世责问李斯时，他惶恐不已，只得阿谀秦二世之意，上书要求严行督责，认为严行督责可防臣属弄权，以此则天下安定，天下安定则皇帝愈加尊严，这就是所谓的“行督责书”。“行督责书”所言实非李斯本意，完全是为了迎合二世。就当时的情势而言，此举不异于火上浇油，这个时候的李斯已经变成了庸碌之才。秦二世的残酷治国，李斯的昧心纵容，使秦帝国的灭亡终成必然之势。
赵高虽官阶不高，但由于是秦二世的老师，而且是胡亥得以称帝的主谋，所以深为秦二世信任。李斯虽仍然身居丞相之位，但不能再像辅佐先帝那样，随侍皇帝左右。赵高听闻李斯对自己的做法心存微词后，心生一计，怂恿李斯进谏，故意要李斯在胡亥饮酒作乐时进宫，结果引得胡亥大为不快。赵高趁势煽风点火，说李斯参与了沙丘之谋，二世登基之后，他对自己的权位并未加益心存不满，而且诬陷李斯“亦望裂地而王”，甚至暗通陈胜等人，所以“楚盗”经过李由所辖的三川时才不攻城。
李斯在得知二世开始调查长子李由之后，决定以一己之力扳倒赵高。二世当时居住甘泉，李斯无缘得见，只得上书言事，提醒秦二世提防赵高。这等同于自投罗网，此时的李斯已经不能正确地判断自身的处境。秦二世担心李斯攻杀赵高，于是将李斯所奏悉数告知赵高。赵高乘机借步上梯，重弹老调，并将李斯与篡齐之王位的田常相提并论，秦二世闻之震怒不已，下令将李斯交由赵高处置，务必要他供出谋反的罪证。
身陷囹圄的李斯自恃辅佐先帝有功，能以善辩之辞还自己清白之身，于是上书秦二世，为自己列出七项丰功伟业。殊不知，“有罪”之臣根本没有与天子对话的机会，赵高下令将李斯的上书丢弃不奏，又安排亲信假冒御史、谒者、侍中，三番五次地提审李斯。只要李斯敢申辩，就酷刑相加，使他痛苦难堪。等到秦二世派人来查验时，李斯再也不敢申诉，老老实实地承认了加在自己身上的罪名。
公元前208年，李斯被“具五刑”，即黥（在脸上刺字）、劓（割鼻）、刖（斩双脚）、枭首，最后被剁成肉酱，并株连三族。临刑前，李斯悲怆地对儿子说：“我再也不能和你牵着猎狗，从上蔡东门出城，去山野猎杀野兔了。”（《史记·李斯列传》）言未竟而老泪纵横，父子相拥而泣。
李斯违背秦始皇遗愿，导致对秦始皇素有异议的太子扶苏自杀，使秦帝国的政治错失了一次转变的机会。扶苏生前数次劝谏秦始皇，主张柔和的治国策略，他见假诏之后的自杀足以说明他为人仁孝、率直。如果是他继承始皇帝之位，而非德才皆无的胡亥，秦也许不会猝亡于突起的战火之中。
一年之后，秦二世在赵高的蒙蔽下自杀。赵高妄图自立为帝，但遭到群臣的反对，宫殿之上也出现了不祥的征兆。赵高遂立秦始皇的弟弟子婴为新帝，子婴即位之后，联合贵族，设计刺杀赵高，并诛其三族（此依《史记·李斯列传》之说，《秦始皇本纪》：“子婴为秦王四十六日……沛公……使人约降子婴。”）。三个月后，咸阳破，子婴与妻儿子女自系其颈，迎接起义军。刘邦将子婴交与属吏，项羽进城后，立斩之。
与东方六国相比，秦国贵族势力相对较弱，不能像东方六国的贵族那样与君主相抗，这也是秦能大量起用来自六国之谋士的原因之一。秦能合并六国，一统天下，像李斯之流的宾客谋士贡献很大。他们凭三寸生花之舌，采撷诸子为己所用，纵横捭阖，为利来，为名往。名利之外，他们少有更高的追求；重压之下，轻易辜负所托。李斯之死并不仅是他个人的悲剧，它将宾客谋士的空虚心灵祼露了出来，依赖这类心灵建立起来的帝国如同以卵垒台，垒得越高越危险，而崩塌则是必然之事。
王侯将相宁有种乎继位之后，胡亥在各个领域都继承了父亲的做法，甚至更加残忍，阿房宫、直道、陵墓等大型工程也没有因秦始皇去世而停工。但胡亥并不具备秦始皇那样把握大局的能力，他性格懦弱，胸无主见，对赵高唯计是从。胡亥近乎是赵高操纵的傀儡，谋害大臣等恶行其实都是赵高教唆的结果。排除异己的同时，赵高将自己的党羽陆续安插到各个重要职位之上。为了彻底扫清障碍，赵高设计了“指鹿为马”的闹剧，引蛇出洞，然后加以陷害。
为了架空胡亥，赵高哄骗他说为了不在众大臣面前暴露自己的弱点，皇帝需要将自己深藏起来，制造出深不可测的神秘感。这样就能使皇帝更加威严，更便于控制大臣。胡亥信以为真，从此深居简出，躲在后宫醉酒淫乐，一切事情全部交付给赵高处理。
就在秦二世效仿父亲完成自己第一次巡游的三个月之后，陈胜、吴广在大泽乡（今安徽宿州东南）揭竿而起，点燃了酝酿已久的怒火。
秦二世元年，即公元前209年7月，要求按期奔赴今天北京密云一带的士兵因大雨路塞，无法准时到达指定地点。依秦法，延期到达得处斩首之刑，900名士兵为此愁苦不已，人心惶惶。素怀富贵之心的陈胜时任屯长，他看到了改变自己命运的机遇，于是和吴广商量，准备利用厌苦秦政的人心，发起反抗。二人事先将帛书塞进鱼腹，士卒烹鱼时发现了写有“陈胜王”字样的帛书；又在营地附近的丛祠中假扮狐狸叫，高呼：“大楚兴，陈胜王。”待时机成熟时，吴广又故意挑衅秦尉，与陈胜合力杀死两名尉官。杀死秦官之后即刻号令士卒，声言已经延期，按法当受斩首之刑，即便幸而受免，戍守边地也是九死一生。陈胜鼓动士兵：“且壮士不死即已，死即举大名耳，王侯将相宁有种乎？”起义之初，起义军诈称拥护公子扶苏和楚国已亡大将项燕，这种看似两面示好的做法表明起义军试图寻求更多的支持，他们内部也可能存在严重的分歧。起义军东进攻下陈之后，在众人的推举下，陈胜称王，号为张楚。陈胜称王及寓意恢复楚国的国号，预示着天下将重新陷入分裂状态。与此同时，陈胜属下葛婴在东城（今安徽定远县东南）立襄彊为楚王，听闻陈胜为王之后，他又杀死襄彊，还报陈胜，陈胜诛杀葛婴。陈胜领导下的军队并没有统一的战略部署，无论是士兵还是将领都缺少作战经验。
陈胜首义之后，各地响应者不可胜计。而在陈胜称王后不久，天下迅即分崩离析，各路起义军各自为政，率兵攻城，占有城池土地，甚至相互攻杀。首义的陈胜试图控制混乱的局势，但他的声望、才能都不足以号令诸军。陈胜自己派出的军队也遇到了秦军的阻击。周文突破函谷关，进至戏（今陕西临潼东）时。秦将章邯说服秦二世，临时组织骊山役徒，击溃了起义军。秦军一路追杀，起义军最后在渑池（今河南渑池西）覆没，周文自杀身亡。围攻荥阳（今河南荥阳东北）的吴广久攻不下，继而在内乱中被田臧等杀害，他的头颅被献给陈胜，陈胜遂命田臧为令尹（战国时楚国的官名）。陈、吴二人在起义之后产生了尖锐的矛盾。田臧令李归等围荥阳，自率精兵至敖仓（位于荥阳东北方，此地可能是当时重要的粮食屯散地）迎击章邯，最终死于战阵。章邯军进后荥阳城下，击破李归等，然后挥师南进，于郏（今河南郏县）击败邓说率领的起义军。邓说退至陈，被陈胜诛杀。章邯又在许（今河南许昌东）击破伍余，乘胜杀至陈。陈胜监军迎战，军败，退至汝阴（今安徽阜阳），又领军北向至下城父（今安徽城涡阳），后被御者庄贾父杀害。
从陈胜称王至其败亡，共约六个月的时间，他所率领的军队几乎全被章邯击败。陈胜虽败，但他点燃的战火远非章邯所能扑灭。灭陈胜之后，章邯率军连连征战，直至他向项羽投降。
土崩瓦解在陈胜接连失败时，关东兴起了“复国运动”。由陈胜派往邯郸的武臣自立为赵王。由武臣派往燕地的韩广又自立为燕王。田儋在齐地自立为齐王，周市在魏地拥立故甯陵君咎为魏王，自己为相。陈胜败亡之后，秦嘉等拥立景驹为楚王。项梁渡江之后，立楚怀王之孙心为王，沿袭旧称楚怀王。这场复国运动映射出秦在关东的统治因过于残暴而不得人心，这也成为刘邦建汉之后分封诸侯的背景。秦朝短暂的统一并没有消除诸侯长期割据所造成的政治传统。
在各地的起义军之中，项梁、项羽率领的军队迅速表现出了较强的战斗力。在确信陈胜已死之后，项梁在盱台（今江苏盱眙东北）拥立楚怀王之孙心为楚王（熊氏，名心），数月后挥师北上，攻亢父（今山东济宁西南），救东阿（今山东陈阿西南），下城阳（今山东菏泽东北），攻至濮阳（今河南濮阳南），屡败秦师。项羽和刘邦领军攻下雍丘（今河南杞县），斩李斯之子李由。项梁领军攻定陶（今山东定陶），因久胜轻敌，被获得增援后的章邯趁夜突袭，起义军大败，项梁战死。
项梁军溃败之后，章邯认为楚地大局已定，遂领军北上，全攻赵地。秦将王离将赵地的起义军主力围困在巨鹿（今河北平乡西南），楚怀王应邀发兵相救，以宋义为上将军，项羽为次将，范增为末将。同时，令刘邦西向攻秦军，并与众将约定：先入定关中者王之（《史记·高祖本纪》）。
宋义领兵至安阳后，按兵不动，试图坐观虎斗，等待两军恶战之后，再出兵攻击秦军。于是军队在安阳停留了46天，在劝谏无果之后，项羽愤起杀掉宋义，引兵救赵。巨鹿一役，项羽志在必得。他派出一支分队，切断了秦军的粮食供应，然后率主力渡河。渡河之后项羽令军士将船只全部凿沉，炊具也被砸碎，自断退路。再无退路的将士们只有全力杀敌，战斗中，项羽率领的士兵以一当十，以十当百，呼喊声震天动地，观战的其他起义军无不为项羽的军威所震动。巨鹿一战，秦师大败。这场恶战令项羽威名远扬，他的勇猛善战，以及军队的强力战斗力都是其他起义军无法比肩的。项羽理所当然地成为反秦军队的领袖。
巨鹿一役，秦军主力遭重创。由于赵高的挑拨，章邯又被秦二世猜疑，心力交瘁的他最后向项羽投降。由于秦国的残暴，这支投降军经常受到起义军将士的排挤。当项羽率军至新义时，他听信手下谋士对投降军的诽谤，竟下令将投降的秦军全部坑杀，只留下章邯等将领。这件事情使人们胁于项羽威名的同时，也为他的残暴和嗜杀所震惊。
刘邦率着另一支军队西进，并没有碰到秦军的主力，无疑捡了个便宜。刘邦之所以能获准领兵西进，在于他给楚怀王等人留下了“宽大长者”的印象，而项羽却“僄悍猾贼”，残暴嗜杀。权宜之下，楚怀王选择派刘邦领军西进（《史记·高祖本纪》）。在刘、项争霸拉开序幕之前，项羽就因为性格的原因先输了一着。
刘邦率军经陈留（今河南开封东南）、宛县（今河南南阳）、武关（今陕西商南）、蓝田（今陕西蓝田），很快进入关中。攻陈留时，刘邦得到了郦食其的辅佐，在宛县又采取劝降的策略，避免了一场恶战。攻武关时又用张良之计，使诈攻破武关。与秦军战于蓝田时，刘邦又布疑兵诱使秦军放松戒备，趁机大破秦军。
当刘邦一路西进，项羽连败秦军时，秦二世派人责备赵高，这令赵高很不安。赵高马上纠集党羽，率兵攻进望夷宫，逼迫秦二世自杀。大难面前，胡亥还痴想着求得一条生路，和赵高的女婿阎乐讨价还价，但他最终连赵高的面都没见到，此时的胡亥之于赵高已经形同草芥。胡亥自杀后，赵高立子婴为王，“今六国复自立，秦地益小，乃以空名为帝，不可。宜为王如故”便连皇帝的尊号都不敢要了。但如此的谦卑未免来得太迟。秦二世死后，赵高为了在乱世中求得新的权势，他还派人与刘邦暗通款曲，试图与刘邦“分王关中”（《史记·高祖本纪》）。子婴父子闻讯后，对赵高更加怨恨，遂设计刺杀赵高，且夷其三族。
子婴做了秦王46天之后，刘邦屯军霸上，派出使者约降。子婴出城投降，刘邦入咸阳。在萧何等人的劝说下，刘邦放弃了美女和珠宝，选择了韬光养晦。他将宫室府库财物全部封存起来，将子婴交付给属吏看管，然后领军回到霸上，等待大军到来。是年为公元前207年，秦亡。
