返回途中,在平原津(今山东省平原县东南)病倒。到了沙丘(今河北省广宗县),病势转危。他自知不行了,急忙命令李斯和赵高起草诏书,并将诏书和国玺递送给长子扶苏,催扶苏立即赶回咸阳,主持丧礼。当李斯草拟好诏书呈交嬴政审阅时,嬴政已经死去了。
扶苏因为劝阻嬴政坑儒,曾被秦始皇贬出京城,派往上郡蒙恬军中任监军。赵高历来与蒙恬一家有仇,担心扶苏继位,蒙恬得到重用,对自己不利,就扣住遗诏不发,与胡亥密谋篡夺帝位。他又威逼利诱,迫使李斯和他们合谋,假造遗诏,指责扶苏在外不能立功,反而怨恨父皇,命令他和蒙恬自杀。蒙恬怀疑,不肯自杀。扶苏忠厚,相信诏书是真的,便自杀而死。
赵高秘不发丧,将嬴政尸体放在车中,关上车门,拉上车帘,让百官以为秦始皇仍然活著,每天在车外奏本;一面带领大队拥著尸车匆忙赶回咸阳。因为天气炎热,尸体腐烂发臭。赵高派人弄来夭批鲍鱼,命令每辆车上装鲍鱼一石,以混淆尸臭。接著发丧,并拥立胡亥为帝。秦始皇为历史上对始皇帝嬴政的通称。
自古以来,对秦始皇的评价就褒贬不一。但纵观秦始皇的一生,对中国历史的发展起了巨大推动作用,实为中国历史上一位有作为的皇帝,功绩不可泯灭。