秦军攻取韩的野王后，上党郡守冯亭与将士们计议：“上党通往都城郑县（今河南新郑县）的道路已经断绝，不能再做韩国的百姓了。秦国军队逐日逼进，韩国既然无法救应上党，我们还不如归附赵国。赵国如果接受上党，秦国恼怒，一定会攻打赵国。赵国被攻，一定会亲近韩国。韩赵联合起来，就能对付秦国了。”大家认为只有这样，才是上策。于是派人去赵国通报。赵孝成王与平阳君共同商议，决定接受上党，并封冯亭为华阳君。昭王四十七年（公元前260年），秦国果然派左庶长王龅攻打韩国上党，上党守军抵挡不住秦军的攻击，便放弃了上党，逃往赵国。四月王龁率兵攻赵。赵国大将廉颇率大军开到长平（在今山西高平西北），于是秦、赵便在长平摆开了战场。初战赵军失利，损失了一员副将、四名尉官。
赵国大将廉颇作战经验甚是丰富，他根据秦强赵弱的形势，依靠上党地势险要，储备充足，采取防守战略，筑垒坚守，坐待秦军疲惫。秦军屡次挑战，赵军依然不动，两军形成相持局面。
赵孝成王求胜心切，对廉颇损失兵将而又胆怯不战很生气，屡次责备他。秦国国相范雎乘机派人到赵国用千金贿赂权臣进行离间活动。他们暗中散布说：“秦国所怕的，只不过是马服君赵奢的儿子赵括而已。廉颇容易对付，况且他就要投降了！”赵王听到这话，就要撤换廉颇，用赵括为将。谋多虑远的老臣蔺相如，十分了解赵括的军事才能，坚决反对撤换廉颇任用赵括，赵王不顾蔺相如的反对，罢免了廉颇，任用没有实战经验、只会纸上谈兵的赵括为将。
秦王得知赵括当了将军，于是暗派白起为主将，王龁为副将。赵括就职后，调换军事将领，改变廉颇以守为攻的策略，出兵攻打秦军，白起率兵假败而逃，助长赵括的骄狂心理，诱敌深入，暗中布置左右两股骑兵准备夹击赵军。赵括果然年轻气盛，初战得胜，便得意忘形，乘势追击，直到秦军营垒。秦军坚守壁垒，赵军打不进去。这时秦以2.5万奇兵截断赵军退路，又以5000奇兵截断赵军与营垒之间的联系。这样赵军被切为两段，而且断绝了运粮的道路，处于势孤粮绝的被动地位。白起又派轻装部队迅猛攻击。赵军失势，只好重又筑壁垒坚守，以待救兵到来。到九月，赵军断粮已有46天之久，军卒饥饿不堪，竟然残杀相食。面对这种危急状况，赵括无奈，只得把几十万大军分为四队，轮翻向秦军营垒发动冲击，企图夺路逃生，但因秦军壁垒森严而不得成功。无可奈何，赵括只得亲自率精兵与秦军搏杀。结果，狂傲自大的赵括死在秦军的乱箭之下。赵括一死，全军立时瓦解，40万士兵都投降了。白起与军中诸将商议说：“秦军攻下上党后，上党的民众不愿意为秦国出力，反而归服赵国。看来赵国士卒反复无常，不全部杀掉，恐怕日后还要作乱。”于是用欺诈的手段把投降的士卒活埋了，只留下老弱病残的240人，遣返归赵。赵国人得知战况，个个惊恐万状。昭王四十七年（公元前260年）十月，白起趁势攻占了上党周围大小城邑，设置上党郡。然后又分兵两路：一路由王龅率领，向西攻占皮牢（在今山西万荣县西南）；一路由司马梗率领，向北平定太原（当时治所在今晋阳）。秦军长驱直入，所向无敌。韩、赵两国无力抵抗，惶恐不安，便请燕国大夫苏代赴秦贿赂秦国相范雎，陈说白起功高对范雎的危害，请他说服秦王接受韩、赵割地求和。范雎被苏代的花言巧语所打动，便去面奏秦王说：“秦兵长年作战，太辛苦了。请允许韩、赵割地求和，暂且休养士兵。”秦王应允，命白起撤回大军。