周赧王五十五年（前260），秦、赵两国在长平（今山西高平西北）重兵较量，秦军围歼赵军的著名作战。
秦国败于阏与之战，使其东进锋芒受挫。时魏人范雎入秦，向秦昭王陈说兼并方略，由客卿而任相国，主持军政。他认为，秦之败在于“越人之国而攻”；韩、魏处天下之中枢，且韩、秦地形交错，为秦心腹之患；应采取“远交而近攻”（《战国策·秦策三》）的战略，即结好齐国，威服赵、楚，先收韩、魏，逐次推进，进以攻韩为首务。秦昭王纳其谋。周赧王五十年至五十三年，秦连续发兵攻韩，相继夺取少曲(今河南济源东北)、高平(今济源南)、汾水旁之陉城（今山西侯马东北）等5城、太行山南之南阳（今河南王屋山南）、野王（今沁阳），完全切断韩上党郡（今山西东南部一带）与其本土的联系，将韩国拦腰截为两段。韩桓惠王震恐，急派阳成君赴秦献上党求和。新上任党郡守冯亭私以上党17城降赵，借以转嫁矛盾，引秦攻赵，迫赵与韩合纵抗秦。赵孝成王贪于"不用兵而得城十七"(《战国策·赵策一》)之利，派平原君赵胜前往受地，封冯亭为华阳君。秦本以上党为必得，作为攻赵的前进基地，岂容赵口中夺食，乃于五十四年以一部兵力攻韩缑氏（今河南偃师东南），牵制韩军；以左庶长王龁为主将，率大军攻上党。冯亭军不敌，上党民纷纷奔赵。赵派廉颇率重兵入上党，据守长平，一场空前规模的大战由此展开。
次年四月，秦军攻长平，斩赵裨将茄。六月，又攻破长平外围2城堡，杀4尉，赵军筑垒而守。七月，秦军猛攻赵垒，杀2尉，夺其西垒。廉颇见秦军势盛，锐不可当，而其劳师远征，又利在速战，乃令赵军坚壁不战，固守待援。秦、赵两军遂成相持局面。
此时，秦、赵两国均为改变战场情势以利己而加紧外交活动。赵孝成王慑于秦军攻势，欲遣使赴秦求和。赵上卿虞卿认为，秦以重兵攻上党，必求摧破赵国，单凭遣使求和，绝无成功之望，不如发使持重宝赂楚、魏，引以为外援，逼秦议和。赵王不听，派贵臣郑朱赴秦求和。秦秦因机施计，故意尊显郑朱，既令赵王以为合议将成而懈怠戒备，又使楚、魏误认秦、赵交好而疏远赵国，同时暗许割韩之垣雍（今河南原阳西南）给魏，坚其中立之心。赵媾和之望落空。反陷于孤立无援之境。秦国又虑及大军远离本土而求战不得，深以廉颇为碍，乃派人持重金贿赂赵权臣诋毁廉颇，散布廉颇老朽，容易对付，且将投降，秦唯惧马服君赵奢之子赵括为将的流言。赵王本对廉颇久不出战不满，遂中秦反间之计，以善于纸上谈兵而无实战经验的赵括取代廉颇为主将。秦闻赵军易帅，即命久经沙场、战功卓著的白起为上将军，秘密取代王龁为主将，并严令泄密者斩。
赵括秉承赵王速战求胜的意图，一到长平，即撤换部将，变更制度，改变部署，摆开决战架势，数番进击秦军。白起针对赵括年少气盛，急求决战，轻敌冒进的弱点，决定采取后退诱敌，分割包围，进而聚歼的作战方针。八月，白起以一部兵力诱敌，直逼赵营垒挑战，赵括果率大军出击。秦诱兵佯败后退，赵括不察虚实，以为秦军畏惧而退，即挥师追击，直至秦军主力坚守的壁垒，遭到顽强抗击。此时，白起令配置在壁垒两翼作为奇兵的2.5万步卒，迅速迂回至赵括军后方，断其退路；令5000骑兵，以迅雷不及掩耳之势插入赵军营垒之间，阻赵营出援,将整个赵军分割为二，达成对赵军主力的包围。赵括军既不能破秦垒，又绝归营之途，军心动摇。秦军轻装步卒趁机频频出击，赵军数战不利,被迫就地筑垒待援。白起鉴于赵军兵力众多，难于速决歼灭，决计以长围久困之法，待其饥疲而歼之。同时，遣使急驰回国，请求增派援兵。
秦昭王得知赵重兵被围，亲赴河内（今河南黄河以北地区），赐民爵一级，尽数征集15岁以上男丁编组成军调长平；占据长平以北及其以东一带高地，彻底阻断赵国援军和粮运，对赵军构成严密坚固的合围。前来救赵的齐、楚军见秦军势大，观望不前。赵向齐求粮亦不得。九月，被困赵军已断粮46日，以致杀人而食，将士饥疲交加，军心涣散。赵括不得已集壮士编成4队轮番突围，遭秦军密集弓弩射杀而被迫退回营垒。赵括于绝望之余率精锐部队强行突围，被秦军射死。赵军失主帅，彻底瓦解，全军40余万人弃械投降，被白起尽数坑杀。整个作战，秦军亦伤亡过半。
长平之战，双方重兵决斗，秦国成功地运用孤立赵国的战略，选定高素质的将领，实施积极稳妥的作战指导，确保必胜，创造了中国古代野战围歼重兵集团的范例。经此一战，赵国实力大损，秦成为列国中独强之国。