二十七年(前)，始皇巡视陇西、北地，出鸡头山，经过回中。在渭水南面建造信宫，不久，又把信宫改为极庙，象征北极星。从极庙修筑道路直通郦山，建造甘泉前殿。在驰道外筑垣墙，一直通到咸阳。这一年，有爵位的普遍提升一极。修治驰道。二十八年(前)，始皇巡视东方郡县，登邹峄山。树立石碑，与鲁地的读书人商议，刻写石碑歌颂秦朝的功德，讨论封禅以及祭祀名山大川事宜。于是登上泰山，立石碑，筑土台，祭祀天神。
下山时，忽然风雨大至，始皇只好在一棵树下休息，因此赐封这棵树为“五大夫”，又到梁父山祭地，刻写所立石碑，碑文写道：皇帝登临天子之位，制定昌明大法，臣民恭谨。廿又六年，初并天下，诸侯无不称臣降服。亲自巡视远方边民，登上这座泰山，遍览东方极顶，随行众臣思念，推究丰功伟业，颂扬大秦皇帝。然后沿着渤海向东走，经过黄县、月垂县，攀上成山的极顶，登临之罘的峰岭，树立石碑，颂扬秦的德业才离去。向南登上琅笽山，非常高兴，逗留了三个月，于是迁移三万户百姓居住在琅笽台下，免除他们十二年的赋税徭役，又造琅笽台，树石碑，刻写碑文，颂扬秦朝功德，表明得意心情。
刻碑文事情完毕，齐地人徐芾等上书，说海里有三座神山，名叫蓬莱、方丈、瀛洲，仙人居住在那里。请求能斋戒沐浴后，带领童男童女前往寻求。于是始皇派遣徐芾征发童男童女几千个，到海中访求仙人。始皇返回，经过彭城，亲自吃斋守戒，到泗水边祈祷，想从水里捞起周朝宝鼎，派千余人潜入水底寻找，没能找到。就由西往南渡过淮河，到衡山、南郡，过长江，到湘山祠，遇到大风，几乎不能渡过。
皇上问博士说“：湘君是什么神？”博士回答“：听说是帝尧的女儿，舜的妻子，葬在这里。”于是始皇非常生气，派三千个服刑的罪犯，把湘山的树砍个精光，使整个山光秃秃的。然后皇上从南郡经由武关回京城。二十九年(前)，始皇出游东方。到达阳武的博浪沙，被盗贼惊吓，捉拿不到，于是命令全国大规模搜索了十天。登上之罘山，立石刻碑。不久，始皇就到琅笽，取道上党回京城。
三十年(前)，没有什么事情。三十一年(前)十二月，把腊月改名为嘉平。每里百姓赐给六石米、二只羊。始皇在咸阳便服出行，与武士四人一道，夜晚出来，在兰池遇到盗贼，受到围困，武士击杀了盗贼，下令关中大搜查二十天。米价每石一千六百钱。三十二年(前)，始皇前往碣石，派燕人卢生访求仙人羡门、高誓。派韩终、侯公、石生寻访仙人求取长生不死之药。始皇巡视北境，经过上郡回到京城。
燕人卢生从海边出使回来，为了说明关于鬼神的事，向始皇上奏抄录的文书谶语，上写“灭亡秦的将是胡”。于是始皇派将军蒙恬率军三十万人，到北方攻击胡人，夺取河南地区。三十三年(前)，征发各种逃亡罪犯、穷苦卖身入赘的奴隶和商人夺取陆梁地区，设置桂林、象郡、南海等郡，把遭贬谪的人派遣去防守。又在西北驱逐匈奴。从榆中沿黄河以东一直到阴山，把这一地区设置四十四县。沿河修筑城墙，作为要塞。又派蒙恬渡过黄河，夺取高阙、阳山、北假等地，修筑亭堡，驱逐戎人。移被贬谪的人，充实刚建的县。禁止参加祭祀。彗星在西方出现。
三十四年(前)，贬谪办理讼狱不当的官员，去修筑长城或戍守南方越地。始皇在咸阳宫设酒宴，七十个博士向前祝寿。仆射周青臣上前颂扬，始皇非常高兴。
博士齐人淳于越上前说“：我听说殷朝、周朝统治天下一千多年，分封子弟功臣，作为自己的辅冀。如今陛下拥有海内，而子弟却为匹夫，万一出现田常、六卿一类的乱臣，没有辅翼，怎么挽救局面呢？处事不效法古人而能长治久安的，我没有听说过。刚才青臣又当面奉承来加重陛下的过失，不是忠臣。”始皇把他们的意见交给众臣商议。
丞相李斯说“：五帝的制度不相重复，三代的举措不相因袭，各用自己的方法治理国家，并不是有意和前代相反，而是时代变化了。当今陛下创造大业，建立万代功劳，本不是愚蠢的读书人所能了解的。况且淳于越说的是三代旧事，如何效法呢？从前诸侯纷争，用优厚的俸禄招徕游学之士。如今天下已经安定，法令由陛下一人决定，百姓理家就要努力于农工，读书人就要学习法令刑禁。现在这批读书人不学当今而效法古人，以此否定当今，惑乱民众听闻。
丞相李斯我冒死上言陛下：古代天下分散混乱，没有谁能够统一，所以诸侯同时兴起，说话称道古人而妨害当今，粉饰虚言而扰乱实际，人人都赞美自己私下所学的知识，诽谤在上位者所制定的政策法令。现在，皇帝统一天下，分辨黑白，奠定至高无上的权威。但是，私人讲学又结成群党反对法令教化，一听到朝廷举措，就各以所学进行评议，入朝心不在焉，出朝街谈巷议，用大言欺君来博取声誉，以奇异行为来赢得高名，还率领臣民制造谤语。像这样，如果不禁止，那么君威会从上往下降，朋党会在下边形成。要禁止才好，我请求陛下下令，让史官把不是记载秦朝的典籍一律烧毁。
不是博士官职务，而天下敢有收藏《诗》、《书》，诸子百家著作的，全部搜出，送到官府烧毁。有敢二人谈论《诗》、《书》的处死。推崇古代，诽谤当今史记的灭族。官吏知情而不举报的同罪。命令下达三十天不烧书的，处以墨刑，发配边关，夜筑长城，昼侦敌情，所不烧的，只有医药、卜筮、种植一类的书。如果有想学法令的，以官吏为老师。”
始皇下令说：“可以，就这么办。”三十五年(前)，开辟道路，从九原到云阳，挖山洞，填河谷，笔直通达。这时，始皇认为咸阳人太多，先王的宫廷太小。又听说周文王建都丰，周武王建都镐，丰镐之间，才是帝王都会所在。于是在渭水南面上林苑中营造朝宫。
阿房宫没有建成，计划建成以后，始皇想另择一个更好的名字称呼它。宫室营建在阿房，所以天下人称它为阿房宫。受过宫刑、徒刑的有七十多万人，都被分派去修建阿房宫，或营建骊山。在东海海滨的朐县边界上，树立石碑，作为大秦国的东门。同时迁移三万户到骊邑居住，迁移五万户到云阳安家，都免去十年的赋税徭役。下令咸阳附近二百里内的二百七十所宫观，用天桥、甬道相互连接，帷帐、乐器、美人充满宫观，各自登记所处地，不准迁移。
皇帝所临幸的地方，有说出处所的，处死刑。有一次，始皇驾临梁山宫，从山上望见丞相外出，车骑随从众多，不高兴。宫中有人告诉丞相，以后丞相减少车骑。始皇恼怒地说“：这是宫里人泄露了我的话。”提案审问，无人服罪。这时候，始皇下令逮捕当时随侍在旁的人，全都杀掉。从此以后，再也没有人知道始皇的行踪了。皇帝听政议事，群臣接受使命，都在咸阳宫。
侯生、卢生逃走。始皇听说他们逃走，非常愤怒，说“：前些时，我收缴天下不中用的书籍，全部烧毁。招致许多文学、方术之士，想振兴太平事业，这些方士企图炼丹，寻求奇药。如今听说韩众一去不返，徐芾等人费用数额庞大，终于找不到奇药，每天只是徒然地听他们互相告发营求奸利。卢生等人我对他们很尊重，赏赐优厚，如今竟然诽谤我，以致加重我的不仁。居住在咸阳的一些儒生，我派人去侦察过，有些人竟制造妖言，迷惑民众。”于是派御史审讯全部儒生，儒生互相告发，始皇亲自判决违法犯禁的四百六十多人的死罪，全部活埋在咸阳，昭示天下，惩戒后人，又增派更多的人员戍守边界。
始皇的大儿子扶苏劝谏道：“天下刚刚安定，边远地区百姓尚未归附，儒生们都诵读诗书，效法孔子，现在陛下用严厉的刑法处置他们，我担心天下将不安定。希望陛下明察。”始皇大怒，命令扶苏北上，到上郡蒙恬处作监军。
三十六年(前)，火星接近心宿三星。一颗流星从东郡上空落下，到地面变成石头，百姓中有人在石头上刻字道“：始皇死亡，土地分割。”始皇听到这事，派御史逐个审问，无人服罪，于是把居住在石头旁的人通通捉拿，杀掉，然后用火烧毁那块石头。始皇闷闷不乐，命令博士作《仙真人诗》，到巡游天下时，传令乐师谱曲弹奏。
三十七年(前)十月癸丑日，始皇巡游天下。左丞相李斯随行，右丞相冯去疾留守京城。幼子胡亥爱慕出游，请求随从，皇上应允。十一月，到达云梦，在九嶷山祭祀虞舜，坐船沿长江顺流而下，观览籍柯，渡过海渚，经过丹阳，达钱塘。到浙江边，水势凶险，便向西行一百二十里，从江面狭窄余杭渡过。登上会稽山，祭祀大禹，眺望南海，并且立石刻碑，歌颂大秦功德。
方士徐芾等人到海中寻找仙药，好几年都未找到，花费又多，害怕遭到谴责，于是欺骗始皇说：“蓬莱仙岛的神药可以得到，常被大鲛鱼所困扰，所以无法到达，请陛下派高明射手与我们一道去，大鲛鱼出现就用弓箭射杀它。”始皇梦见自己与海神交战，海神形状像人。询问占梦的人，博士说：“水神不能见到，用大鱼蛟龙作替身。现在皇上祷告祭祀完善恭谨，却有这种恶神出现，应当除去它，而后善神就会到来。”于是命令下海的人携带大型渔具，并亲自拿着连弩等候大鱼出来射它。从琅笽向北一直到荣成山，没有见到。到了之罘，见到了大鱼，射杀了一条。于是沿海西行。
始皇到平原津就染上疾病。他讨厌说死，群臣没有谁敢说死的事。皇上的病愈来愈严重，于是写了一封盖有玉玺的诏书给公子扶苏，说：“回来参加丧礼，在咸阳安葬。”诏书已封，放在兼管印信玉玺的中车府令赵高的手中，没有交给使者。七月丙寅日，始皇在沙丘平台逝世。丞相李斯考虑到皇帝在外地逝世，恐怕皇子们和天下乘机发生变故，便隐藏消息，不发丧告。
把棺木放置在鍂凉车中，让皇帝生前宠幸的宦官驾车、陪乘，每到一处，称皇上进餐照常。百官们仍然如往常一样上奏国事，宦官就在鍂凉车中批准公文，只有始皇的儿子胡亥、赵高和所宠幸的宦官五六个人知道皇上死了。赵高曾经教授胡亥书法和治理讼狱的法律制度，胡亥私下宠爱他。赵高与公子胡亥、丞相李斯暗中商量，打开皇上赐给公子扶苏的诏书，另外伪称丞相李斯在沙丘受始皇遗诏，立胡亥为太子。又伪造赐公子扶苏和蒙恬的诏书，列举他们的罪过，命令他们自杀。
继续前行，从井陉抵达九原。碰上天气热，皇上的鍂凉车发出臭味，就命令随从官员的车上装载一担咸鱼，用来混淆尸臭。车行从捷径直抵咸阳，发布治丧公告。太子胡亥继位，称为二世皇帝。九月，始皇在郦山安葬。始皇即位不久时，挖掘修治郦山，等到他统一天下，全国各地送来刑徒七十多万人，挖三重泉，然后铸铜把它塞住，放置外棺，又在坑冢内仿制宫观、百官以及奇器、珍宝异物搬来藏满。命令工匠制作机关弓箭，有人穿入靠近就自动射杀。用水银作成百川、江河、大海，用机器互相灌注、输送，上有天文图象、下有地理模型。取人、鱼脂肪作蜡烛，估计燃烧很久不会熄灭。
二世说“：先帝后宫姬妾，没有子女的，不宜放出去。”都命令随葬，死去的很多。下葬以后，有人说，工匠制作机关，奴隶们都知道，奴隶众多，必定泄露机密。大事完毕，宝物藏好，便封闭墓中的隧道，又放下外层墓道的门，工匠、奴隶全部被封闭在里面，没有一个逃出去的。墓上种满草木，好像山一样。