始皇三十七年（前210年）冬季，秦始皇出游，左丞相李斯陪同前往，右丞相冯去疾留守咸阳。始皇有二十多个儿子，小儿子胡亥最受宠爱，他要求随父皇出游，获秦始皇准许。
十一月，秦始皇一行到达云梦，向着九疑山遥祭葬在那里的舜帝。然后乘船顺长江而下，观览籍柯，渡经海渚，过丹阳，抵钱唐，到达浙江边。因钱塘江潮波涛汹涌，便向西行驶一百二十里，从富阳与分水之间的狭窄处渡江。随之始皇登上会稽山，祭祀禹帝，遥望南海，刻立巨石歌功颂德。然后起驾返回，归途中经过吴地，从江乘县渡过长江，沿海北上，抵达琅邪、之罘。始皇看见大鱼，即发箭将鱼射杀。接着又沿海西行，到了平原渡口后便病倒了。
秦始皇很厌恶谈论“死”，因此群臣中没有人敢于提关于死的事。待到他病势更加沉重时，才命中车府令、兼掌符玺事务的赵高写诏书给长子扶苏说：“参加丧事处理，灵柩到咸阳后安葬。”诏书已封好，但却搁置在赵高处，没有交给使者送出。秋季，七月，丙寅（二十日），始皇在沙丘宫平台驾崩。丞相李斯因皇帝在都城外病逝，唯恐各位皇子及天下发生什么变故，于是就秘不发丧，将棺材停放在能调节冷暖的凉车中，由始皇生前最宠信的宦官在车的右边陪乘。所到一地，上呈餐饭、百官奏报事务与过去一样，宦官即从车中接受并批复奏事。只有胡亥、赵高及受宠幸的宦官五六个人知道内情。
赵高素来得到胡亥的信任，恰又怨恨蒙氏兄弟，便劝说胡亥，让他诈称始皇遗诏命杀掉扶苏，立胡亥为太子。胡亥同意了赵高的计策。赵高又说：“这件事如果不与丞相合谋进行，恐怕不能成功。”随即会见丞相李斯，说：“皇上赐给扶苏的诏书及符玺都在胡亥那里。定立太子之事只在您我口中的一句话罢了。这件事将怎么办呢？”李斯说：“怎么能够说这种亡国的话呀！此事不是我们这些为人臣子的人所应当议论的啊！”赵高道：“您的才能、谋略、功勋、人缘以及获扶苏的信任，这五点全部拿来与蒙恬相比，哪一点比得上他呢？”李斯回答：“都比不上他。”赵高说：“既然如此，那么只要扶苏即位，就必定任用蒙恬为丞相，您最终不能怀揣通侯的印信返归故乡的结局已经是显而易见的了！而胡亥仁慈忠厚，是可以担当皇位继承人的。希望您慎重地考虑一下，作出定夺！”
李斯听后认为赵高说的有理，便与他共同谋划，诈称接受了始皇的遗诏，立胡亥为太子，又篡改始皇给扶苏的诏书，指斥他多年来不能开辟疆土、创立功业，却使士卒大量伤亡，并且数次上书，直言诽谤父皇，日日夜夜地抱怨不能获准解除监军职务，返归咸阳当太子；而将军蒙恬不纠正扶苏的过失，并参与和了解扶苏的图谋。因此令他们自杀，将兵权移交给副将王离。
扶苏接到诏书，哭泣着进入内室，打算自杀。蒙恬说：“陛下在外地，并未确立谁是太子。他派我率领三十万军队镇守边陲，令您担任监军，这乃是天下的重任啊。现在仅仅一个使者前来传书，我们就自杀，又怎么能知道其中不是有诈呢？！让我们再奏请证实一下，然后去死也不晚呀。”但是使者多次催促他们自行了断，扶苏于是对蒙恬说：“父亲赐儿子死，还哪里需要再请示查实呢！”随即自杀。蒙恬不肯死，使者便将他交给官吏治罪，囚禁在阳周；改置李斯的舍人担任护军，然后回报李斯、赵高。胡亥这时已听说扶苏死了，便想释放蒙恬。恰逢蒙毅代替始皇外出祈祷山川神灵求福后返回，赵高即对胡亥说：“先帝想要荐举贤能确定你为太子已经很长时间了，可是蒙毅一直规劝他，认为不可如此。现在不如就把蒙毅杀掉算了！”于是逮捕了蒙毅，将他囚禁到代郡。
皇室车队于是从井陉抵达九原。当时正值酷暑，装载始皇遗体的凉车散发出恶臭，胡亥等便指示随从官员在车上装载一石鲍鱼，借鱼的臭味混淆腐尸的气味。从直道抵达咸阳后，发布治丧的公告。胡亥继承了皇位。
胡亥将秦始皇葬在骊山皇陵，把铜熔化后灌入，堵塞住地下深处的水。崐又运来各种奇珍异宝，藏满墓穴。还下令工匠制作带有机关的弓弩，遇到穿入靠近墓穴的人，即自动射杀。用水银做成百川、江河、大海，以机械灌注输送。墓穴顶部布有天文图象，底部设置地理模型。后宫嫔妃凡未生子女的，令她们全部陪葬。下葬以后，有人说工匠们制造隐藏的机械装置，知道其中的全部秘密，如果他们再作第二重机关，就会将其中的秘密泄露出去。于是待送终的大事完毕后，那些工匠即被尽数封闭在墓穴中。
胡亥想要杀掉蒙恬兄弟二人，子婴规劝说：“赵王赵迁杀李牧而用颜聚，齐国田建杀他前代的忠臣而用后胜，结果最终都亡了国。蒙恬兄弟是秦国的重臣、谋士，陛下却打算一下子就把他们抛弃、除掉。似此诛杀忠臣而扶立节操品行不端的人，是在内失去群臣的信任，在外使将士们意志涣散啊！”但是二世不听从劝告，随即杀掉了蒙毅，并要杀内史蒙恬。蒙恬说：“我们蒙家自我的先人起直至子孙，在秦国建立功业和忠信已经三代了。如今我领兵三十多万，身体虽然被囚禁，但我的势力仍然足以进行反叛。可是我知道自己必定得死却还是要奉守节义，是因为我不敢辱没祖先的教诲，并表示我不忘先帝的大恩大德啊！”于是即吞服毒药自杀身亡。
胡亥登基后，见不得人的阴谋和突如其来的权力共同催生出强烈的不安全感，随之而来的是以维护秦帝国稳定为借口的血腥政治清洗，于是，胡亥的兄弟姐妹一个接一个地成为牺牲品，恐怖的气息如同浓重的阴霾逐渐扩散到整个秦帝国的每一个角落。
咸阳城外反秦浪潮也此起彼伏，秦二世元年（前209年）七月，陈胜、吴广以扶苏、项燕为名发动大泽乡起义，农民起义席卷全国，六国也纷纷复辟，秦王朝风雨飘摇，两年后就灭亡了。
常楚老：黑云兵气射天裂，壮士朝眠梦冤结。祖龙一夜死沙丘，胡亥空随鲍鱼辙。腐肉偷生三千里，伪书先赐扶苏死。墓接骊山土未乾，瑞光已向芒砀起。陈胜城中鼓三下，秦家天地如崩瓦。龙蛇撩乱入咸阳，少帝空随汉家马。
蔡东藩：始皇稔恶，道死沙邱，赵高包藏祸心，倡谋废立，始唆胡亥，继唆李斯；胡亥少不更事，为高所惑，尚可言也，李斯身为丞相，位至通侯，受始皇之顾命，乃甘心从逆，与谋不轨，是岂大臣之所为乎？虽暴秦之罪，上通于天，不如是不足以致亡，但斯为秦相，应具相术，平时既不能匡主，临变又不思除奸，徒营营于利禄之私，同预废立之计，例以《春秋》书法，斯为首恶，而赵高犹其次焉者也。
