攻占上党
周赧王五十四年（前261年）初，秦昭王一路军队攻打并占领了韩国的缑氏（今河南偃师市南）和纶氏（今河南省登封市西南），以威慑韩国。
周赧王五十五年（前260年）初，秦昭王又命令左庶长王龁率领军队攻打并占领了上党。上党的百姓纷纷逃亡到赵国境内，赵国的军队在长平（今山西省高平市西北）接应上党的百姓。
廉颇固守
周赧王五十五年（前260年）农历四月，王龁向长平的赵国军队发动进攻，赵孝成王命令廉颇迎战，廉颇率军对秦军展开进攻。赵国军队击伤了秦军的侦察兵，秦国军队的侦察兵斩杀了赵军的裨将茄（音：加，裨将的名）。
周赧王五十五年（前260年）农历六月，赵军失利，被秦军攻破赵军阵地，赵国的两个重要据点都尉城和故谷城均被秦军攻占，秦军还俘虏了四名赵国的尉官。
周赧王五十五年（前260年）农历七月，赵国的军队筑起围墙，坚守在营垒里不出去应战。于是，秦国军队发起强攻，夺下赵军西边的营垒，俘虏了两名赵国尉官。
赵军数战不利，赵国的主将廉颇依托有利地形，命令士兵固守营垒，以逸待劳，疲惫秦军。任凭秦军屡次挑战，赵兵都坚守不出去应战，因此，赵孝成王认为廉颇坚壁不出是胆怯的表现，几次派人责备廉颇。
实际上，廉颇准备以以逸待劳的方式首先挫杀秦军的锐势，然后等待有利时机再出击。而两军长期相持，对于远征千里的秦军来说，实际上意味着走向失败。秦军历来善于突进急击，只有速战才能成就大功，而攻势一旦受挫，往往就会导致士气的凋败和进攻实力的摧折。秦军主将王龁长期求战不得，秦军所面临的高山夜寒，粮草不继，士卒病伤等不利条件，都使他为久困长平而深深忧虑。
赵国议和
当赵军初战失利时，赵孝成王与楼昌、虞卿等商议，想亲自率领部队与秦军决战。楼昌认为这样做，无济于事，不如派地位高的使臣去秦国议和。而虞卿则认为如果秦国决心攻打赵国，和议难成，不如派遣使者携带珍宝去楚国、魏国活动，使秦国畏惧各国的合纵抗秦，这样和议才有成功的可能。但是赵孝成王采纳了楼昌的建议，派郑朱前去秦国议和。虞卿一再劝谏，说“郑朱入秦，秦王与范睢必定隆重接待，以示天下。楚国、魏国以为赵国已经议和，必定不出兵救赵。秦国知道天下之不救赵国，则议和不能成功，议和不成，赵军必败。”
赵孝成王最终没有采纳虞卿的谏议，郑朱到了秦国求和。秦国为了麻痹赵国，防止各国合纵，并争取时间，加强军事准备，以便给赵军以严重的打击，果然利用赵国求和的机会，对赵国使者郑朱殷勤接待，有意向各国宣传秦、赵已经和解，借以防止各国出兵救赵。于是赵国的处境孤立。
赵括上任
秦国丞相范雎又派人携带千金到赵国施行反间计，并散布流言说：“廉颇很容易对付，秦国最害怕的是马服君赵奢的儿子赵括。”
赵孝成王早已恼怒廉颇的军队数次战败，又反感廉颇坚壁不敢战，将秦国的反间计信以为真，不顾蔺相如和赵括母亲的谏阻，派赵括去接替廉颇为主将。
周赧王五十五年（前260年）农历七月，赵括统率一部援军来到长平，接替廉颇为主将。赵括到任后更换部队将领，改变军中制度，又一改廉颇的作战方针，主动出兵进攻秦军。
白起用计
秦昭王得知赵括代替廉颇担任主将后，便暗地里调武安君白起为上将军，改命王龁担任尉官副将，并令军中严守秘密，有走漏消息的格杀勿论。
在赵括出兵进攻秦国军队的时候，白起命令秦军佯装战败溃退，赵括不问虚实，就命令赵国的军队乘胜追击，一直追到秦军的营垒，但是赵国的军队无法攻破坚固的秦军营垒。
白起命令一支2万5千人的部队突袭到赵军出击部队的后方，截断赵军的后路，又命一支5千人的骑兵部队插入赵军与营垒之间，将赵军主力分割成两只孤立的部队，同时切断赵军的粮道。
白起又派出轻装精兵向赵军发动多次攻击，赵军数战不利，被迫就地建造壁垒，转为防御，以待救援。
秦昭王得知赵军主力的粮道被截断，就亲自到河内郡（今河南沁阳及附近地区），加封当地百姓爵位一级，并征调全国十五岁以上的青壮年集中到长平战场，拦截赵国的援军和粮运。
秦军获胜
周赧王五十五年（前260年）农历九月，赵军主力已经断粮四十六天，士兵们相互残杀为食。赵括将剩余的赵军组织成四支突围部队，轮番冲击了四、五次后仍不能突围。
于是，赵括亲帅精锐部队强行突围，结果被秦军乱箭射死。
赵国军队因无主将指挥，40万士兵向秦将白起投降。白起说：“赵国士兵反复无常，如果不全部杀掉他们，恐怕再生事端。”于是白起用欺骗的手段，命令秦国军队将赵国降兵全部活埋，只留下年纪尚小的240名士兵放回赵国。
长平之战，秦国军队前后斩杀赵国士兵45万人，赵国上下一片震惊。秦军也伤亡大半，国内空虚。
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