秦二世胡亥发动沙丘之变，窃国夺皇位
秦始皇一生功业巍巍，但也失误颇多。未向全国臣民公开宣布皇位继承人，此为其一；信任并重用赵高，此为其二。
在秦始皇的诸多儿子中，长子扶苏是最优秀的，但是秦始皇并未公开宣布扶苏就是皇位继承人，只是将他作为继承人来培养，派他到北面的边境上和大将军蒙恬一起戍守。而其第十八子胡亥，则是最出名的纨绔子弟。
有一次，秦始皇设宴招待群臣，胡亥不愿和大臣们循规蹈矩地喝酒，便借故退席。走到殿外，看见整齐地排列着群臣的鞋子，胡亥一时兴起，边走边随意地将群臣的鞋子踢得横七竖八。
秦始皇三十七年（公元前210年）10月，秦始皇出巡，胡亥随行。像往常一样，李斯、赵高等重臣也一同前往。不料车队行至平原津（今山东平原县西南）时，秦始皇突发重病。由于秦始皇素来忌讳谈论死，遂群臣皆不敢张罗国丧，只能眼睁睁看其病情急剧恶化而不做后续准备。
不久，秦始皇自感不妙，遂亲自写下加盖玉玺的诏书，召长子扶苏回咸阳主持丧葬。但诏书写完后还没来得及交给使者发走，秦始皇就已辞世。整个巡游车队此时已行至沙丘（今河北广宗县），而这封诏书和秦始皇的玉玺就被身兼“中车府令”与“行符玺事”的赵高暂时压下。秦始皇病卒的事，只有胡亥、丞相李斯、赵高和几名贴身宦官知道，随行文武百官皆被蒙在鼓里。于是奸臣赵高开始了他蓄谋已久的篡位计划。
虽然秦朝是新建立起来的政权，但“嫡长子世袭制的传统”早已在人们心中根深蒂固，即使秦始皇生前并没有就继任一事昭告天下，但长子扶苏凭借其刚毅、勇敢的性格，加之师从大将军蒙恬，武艺超群，其即位已是众望所归。
但赵高一点儿也不希望扶苏即位，因为扶苏的老师是蒙恬。赵高曾因犯了一点儿小错差点儿被蒙恬处死，要不是秦始皇出面，赵高怕是早已命丧黄泉，遂赵高对蒙恬十分嫉恨。此外，胡亥自幼师从赵高，如果胡亥能即位，赵高岂不是也能跟着享受荣华富贵吗？
所以，当秦始皇病逝于途后，赵高立刻找到丞相李斯，以“始皇病卒于途，诸公子及天下恐有变，到时随行百官皆必死”为由，逼迫李斯秘不发丧。李斯自然知道这其中的利害关系，遂加入赵高的篡权行列以求自保。
拉李斯下水后，赵高马上找到胡亥，以历史上那些杀君弑父的事例加以开导，击垮了胡亥心中并不怎么牢固的道德防线。他再以权力和享乐进行引诱，使其完全堕入自己预设的政变阴谋中。接着，一切按照计划进行，由李斯出面，伪造了一份秦始皇立胡亥为太子的诏书，从而使胡亥窃夺太子之位有了“合法”的依据。接着，他们又以秦始皇的名义发出了一份置扶苏与蒙恬于死地的诏书。身在咸阳的扶苏不知秦始皇已死，读过诏书后，以为是秦始皇之意，遂悲泣难抑，立即拔剑自杀。赵高、李斯、胡亥的政变史称“沙丘之变”。
准备工作都已完毕，李斯、赵高、胡亥一行才簇拥着秦始皇的尸体向咸阳折返。当时正值盛暑，秦始皇的遗体已开始腐烂，车中不时发出恶臭之气。赵高命从官装载很多臭鱼“以乱其臭”，从而达到掩人耳目的目的。于是，尸臭和鱼臭相互混合，弥漫在整个车队之中。
回到咸阳，万事皆已俱备，于是赵高、李斯按计划将秦始皇病卒之事公之于众，随后立即趁热打铁举行胡亥的登基典礼。当一切安排妥当后，他们才于当年九月将秦始皇葬于骊山陵墓。
胡亥当上皇帝后，为巩固政权，与赵高狼狈为奸，诛杀了为秦朝立下不世之功的蒙恬、蒙毅兄弟，同时将自己的12个亲兄弟和10个亲姐妹都送进了阴曹地府。此外，他们还调集天下役夫修造阿房宫和骊山陵墓，弄得民怨沸腾，终于导致了陈胜吴广起义，各路诸侯纷纷反秦。
起初赵高隐瞒战事，直到秦将章邯被打败后，各路诸侯逼近咸阳，胡亥才知道有人谋反，于是责问赵高。赵高怕胡亥追究罪责，于是命令女婿阎乐带领军队直闯胡亥的行宫，逼胡亥自尽，然后赵高拥立秦始皇孙子子婴为秦王，去帝号。没想到，子婴在位仅46天，刘邦就率领军队进入了关中。
当时子婴据守着咸阳孤城，既无守城之力，亦无可战之兵，而刘邦大军此时已经进驻相距咸阳不过百里之遥的灞上。如果刘邦起兵，子婴必死，面对刘邦“约降”的最后通牒，子婴只得下令其残部停止抵抗。
公元前206年，秦王子婴“素车白马，封皇帝之玺、符、节”，于咸阳以南50里的枳道（亭名，今西安市内），恭恭敬敬地向刘邦投降了。
自此，秦朝被揭竿而起的农民起义军彻底推翻。秦始皇怎么也想不到，自己辛辛苦苦打下的江山，仅仅维持了15个年头就灭亡了。