始皇三十七年(前210),秦始皇在巡游南方回归山东至河北道上病死。中车府令赵高与丞相李斯结谋杀害了太子扶苏,另立其弟胡亥继位,即秦二世。二世昏庸,在赵高的操纵下,其暴政比始皇时有过之无不及。二世元年(前209)七月,终于爆发了以戍卒陈胜、吴广领导的农民大起义。起义烽火迅速蔓延,各地反秦力量都来参加。六国旧贵族的残余势力、秦国的下级官吏和地方势力也都起来反秦。秦军大败。但起义军内部矛盾很快出现,相互仇杀。反秦斗争遂由六国旧贵族之后项羽与原秦下级官吏刘邦分别领导,西入关攻秦。这时赵高已杀丞相李斯,又杀二世,立始皇孙子婴为秦王。公元前207年,项羽大破秦军,巨鹿一战,秦军被歼殆尽。子婴使人杀了赵高。公元前206年刘邦入关,至咸阳城外坝上,子婴出城降,秦亡。历史进入了以项羽为首的「楚王」和以刘邦为首的「汉王」的「楚汉战争」阶段。前202年,项羽败死,刘邦即汉朝皇帝位。
秦朝在历史上虽然为时很短,但它对后世的影响却极其深远。秦始皇统一了中国大陆,除西部、西南部和东北部的边疆地区尚未开发外,其版图基本沿用至今;始皇时建立的一套中央集权制度,也基本上为后世历代王朝所继承;秦代修建的万里长城,至今仍是世界建筑史上的奇迹。但秦始皇的统治却是历史上少见的残暴统治,因此它很快又被人民起来推翻,成为短命王朝。