赵国与魏国进攻韩国的重要城邑华阳，韩国向秦国求救，秦昭襄王便派遣武安君白起、穰侯魏冉和客卿胡阳率军救援韩国。秦军采取出其不意、攻其不备的战术，以平均每日急行百里的行军速度进行长途奔袭，秦军突然出现在华阳的战场上，趁着赵、魏两国联军不备时发动进攻，大败赵、魏联军。此战，秦军共斩首魏军十三万，俘虏三名魏将，魏将芒卯败逃，赵国将领贾偃亦被秦军击败，秦军将赵军俘虏两万人沉入黄河中。秦军乘胜攻取了魏国的卷县、蔡阳和长社和赵国的观津，魏国被迫献南阳与秦国求和。
秦国攻取赵国蔺、离石、祁拔三城后，赵国以公子郚为质子，并与秦签订以焦、魏、牛狐交换蔺、离石、祁拔三城的协议，但其后赵惠文王反悔。秦昭襄王大怒，以赵国不履行协议为由，派将军胡阳率领大军攻打赵国阏与。
赵惠文王先后急召廉颇、乐乘等名将询问对策，他们一致认为道路过于遥远，路狭难救。赵王又问赵奢，赵奢独排众议，表示阏与地势险狭，犹如两鼠斗于穴中，只要将士勇敢就可获胜。后世称之“狭路相逢将勇者胜”。赵惠文王决定让赵奢率军救援阏与。
赵奢军在离开邯郸三十里后迅即筑垒扎营，按兵不动。并传令军中：“有敢于谈及军事者，一律斩首”，驻屯近二十八日之久，继续增强营垒防御，以隐蔽赵军的作战企图。秦军分兵两路，一路进兵屯于武安西面，击鼓呐喊，欲诱赵军援救武安，钳制赵军。赵奢立即斩杀一名要求救援武安的士兵，不为秦军所动。
秦军派细作潜入赵国军营探听虚实，赵奢佯作不知，令属下让其任意活动，以麻痹秦军。秦军细作把赵军情况告于胡阳。胡阳大喜，认为赵国援军只想保住邯郸，阏与即可攻取，放松了对赵奢这支援军的戒备。赵奢遂率领全军偃旗息鼓，疾驰两天一夜，赶到距阏与城五十里处筑垒设营。被抛在武安的秦军才知道中计，尽快赶至阏与迎战。赵奢采纳军士许历的建议，发兵万人抢占阏与北山的高地，占据有利地形。当秦军后到北山时，攻山不下。赵奢乘势居高临下，俯击秦军。秦军不支，死伤逃散过半，大败而归，阏与之围遂解。
魏国人范雎因受魏国相国魏齐迫害而逃往秦国。到了秦国，范雎以客卿身份向秦昭襄王进言，针对穰侯魏冉屡次带领秦军跨越韩、魏两国进攻齐国，劳师动众却又收获很小的缺点，向秦昭襄王提出了著名的远交近攻的策略。即是以恩威并用的办法亲近魏、韩两国，威胁楚、赵两国，迫使齐国恐惧后主动依附秦国，待齐国依附后，然后再向临近秦国的韩、魏两国发动进攻，拓展土地。秦昭襄王采纳范雎的建议，对临近的韩、魏两国发动进攻。
秦昭襄王命武安君白起进攻韩国的陉城，接连攻拔韩国陉城等九座城邑，斩杀韩军五万，白起又率军封锁了南阳太行山道。白起再攻拔韩国野王，切断了上党郡同韩国本土的联系。上党郡守冯亭只好向赵国投降。
秦国派左庶长王龁领兵进攻上党，意欲一举占之。赵国廉颇领兵二十万救援上党。廉颇以丹朱岭至马鞍壑一线的百里石长城为主防御阵地，分军前出32公里于空仓岭一线据险构筑前沿防御，并派裨将茄领五千赵兵前出搜索迎敌。其时，缑氏、纶、上党已被秦军攻陷。冯亭率残部归附于廉颇军中。秦军与赵军的首次遭遇战发生在空仓岭以西的玉溪河谷。混战中，秦军斥候斩赵裨将茄。初战不利后，赵军据守空仓岭防线。秦军攻击前进突破防线，占取赵军二鄣城，杀四都尉。赵军被迫退却，于石长城以西的丹河一线构筑长垒防御。秦军再次强攻赵军阵地，杀二都尉，夺西垒壁。
赵军战败向东退入故关，坚守百里石长城。石长城建筑在丹朱岭至马鞍壑一线的分水岭上，面向秦军的南坡山势陡峻。石长城底宽4米，隔段筑有堡垒，依山势绵延百里，中段有一名为故关的天然隘口，为南北交通的必经之路，筑有城门，与长城浑然一体。赵军于百里石长城全线布防，以重点防御故关、韩王山、大粮山，居高临下抵御秦军。秦军进攻受挫，挑衅赵军出长城决战，赵军拒不出战。廉颇统御的二十万赵军在失去重重天险后，终于以坚壁成功遏制了秦军攻势。
攻战无进展，消耗战僵持双方都陷入粮食短缺，粮刍辎重补给维艰。秦军远道而来，补给线漫长后勤压力大，赵国同样粮食短缺，请粟于齐，齐不听。
赵孝成王与楼昌、虞卿谋，楼昌请发重使至秦媾和。虞卿认为不媾则赵军必破，故战和决定权在于秦，要逼和秦国，正正不可与秦讲和：“今制媾者在秦；秦必欲破王之军矣，虽往请媾，秦将不听。不如发使以重宝附楚、魏，楚、魏受之，则秦疑天下之合从，媾乃可成也。”赵王不听，使郑朱媾于秦，秦受之。虞卿对赵王曰：“王必不得媾而军破矣。何则？天下之贺战胜者皆在秦矣。夫郑朱，贵人也，秦王、应侯必显重之以示天下。天下见王之媾于秦，必不救王；秦知天下之不救王，则媾不可得成矣。”既而，秦国果然利用赵国派使者入咸阳和谈之机，显重郑朱向赵示好，而不与赵媾。其他诸侯惧怕秦赵媾和连横于己不利，不敢支援赵国。
秦国范雎同时使用反间计，在邯郸散布谣言：“秦之所恶，独畏马服子赵括将耳，廉颇易与，且降矣。”赵孝成王本自恼怒廉颇领军伤亡多，屡次战败却坚守营垒不敢出战，谣言四起，不啻于火上浇油。于是赵王力排众议，临阵换将，以年轻将领赵括代替廉颇为长平前线最高统帅。
赵括替代廉颇，再领二十万赵军接管长平前线大小军务。驻在长平的赵军，共有四十多万，声势非常浩大。赵括到达前线后，悉数改变军令约束和防守战略部署，并撤换大批中下级军官，收缩兵力准备主动出击，企图一战歼灭秦军，收复上党。
白起
秦国得知消息后秘密派遣武安君白起为上将军指挥秦军，王龁改任副将，命令“有敢泄武安君为将者斩！”白起针对赵军的动态，以丹河东岸的长平为依托，沿丹河东岸的天然髙岗构筑起长达十八公里的主阵地，右翼一直延伸到小东仓河北岸，以抵御赵军主力的进攻。另安排奇兵二万五千人在决战开始后切断从石长城出击的赵军退路；另五千骑兵遮绝留守石长城的赵军与出击的赵军主力之间的联系。
秦军佯败，赵军中伏
赵括在对秦军所知甚少的情况下，指挥主力出击屯扎在故关前的秦军部队。秦军按照白起的将令，接战不久后便诈败，沿直通长平的大道逃跑，把追击的赵军主力引诱到预设战场。
赵括不知中计，指挥全军猛攻秦军阵地，但秦军顽强抵抗，赵军无法攻破。此时赵军主力已经远离故关十二公里。预伏在小东仓河北岸的两万五千名秦军突然出击占领韩王山，切断了赵军的退路。五千骑兵也兵临故关前，使留守故关的赵军不敢支援。赵军被完全分为两段。赵军出击主力失去后勤保障，留守部队空守粮草辎重不敢增援。秦军把握有利态势，派出不带甲之轻兵从两翼攻击赵军。赵军分兵作战，不能取胜，赵军主力被秦军压缩在了秦军防御壁垒所在的将军岭与韩王山所夹挟的一片低凹的山谷–泫氏谷。原本赵军坚守的百里石长城被秦军攻克，反而成为了秦对赵包围圈的一部分。
面对险恶战局，赵括命令部队原地筑壁坚守等待援兵。秦军乘势合围赵军于谷地。赵军被围的消息报到邯郸。赵孝成王意欲合纵抗秦，遣使求救于临近的楚、魏等国。但由于之前赵国使者入咸阳和谈得秦昭襄王厚遇，诸侯国不愿救赵。赵孝成王只得派出本国的部队赶往长平前线救援。
秦国得知赵军主力已被合围，粮道已绝，秦昭襄王亲自赶到河内郡，赐所有郡民爵一级，命郡内十五岁以上男丁悉数出征支援长平前线，遮绝赵国救兵及粮食。
在被困饿46日后，赵军战马食尽已经演变到食人肉的状态，且箭矢兵械损坏无法补充，赵括分军四队强行突围四五次始终未能冲出重围。最后赵括率精锐亲自搏战突围，但结果被秦兵射杀，身上中数十箭。最终赵军阵亡20余万人，赵军伤病饿殍无法再战，只得全体投降。秦军俘虏赵军20余万人。
对20万降卒持警戒态度。白起计曰：“前秦已拔上党，上党民不乐为秦而归赵。赵卒反复。非尽杀之，恐为乱。”白起以酒肉安抚降卒，假意许诺将降兵中身体强健的带回秦国，而年老体弱伤残幼小的会发回赵国，赵人不疑。后白起密令秦兵以白布裹头，下令“凡首无白布者，即系赵人，当尽杀之。”赵国降卒不曾准备，又无器械，束手就戮，一夜俱尽。流血成川，沸声若雷”唯有240名年少的赵兵被秦军放归赵国以散布恐慌，震慑山东六国。
秦军坑杀赵卒的消息传入赵国，整个国家“子哭其父，父哭其子，兄哭其弟，弟哭其兄，祖哭其孙，妻哭其夫，沿街满市，号痛之声不绝。