秦始皇放了趙高一馬
趙高後來招權納賄，舞文弄法，被秦始皇發覺，將他交付蒙恬的弟弟蒙毅審理。蒙毅猜不透秦始皇的意思，不敢徇私，于是按律定罪，當判死刑，並廢除了趙高的宦籍。不料秦始皇突然改變了主意，他念趙高明斷有識，辦事勤敏，格外加憐，特下赦書，不僅免其一死，而且還官複原職。這件事造成了一個極為嚴重的後果，它使趙高和蒙恬從此結下了仇怨。而蒙恬兄弟是扶蘇最仰重的大臣，一旦扶蘇繼位，趙高肯定沒有好果子吃，這為日後的沙丘之謀埋下了伏筆。
秦始皇死在沙丘
始皇三十六年（前221），有流星墜于東郡，化成一石，有人在上面刻著：“始皇死而地分”。估計是當時一個六國之後人，追思故國，造出流言。到了秋季，有使臣從關東來，路過華陰，忽有一人持璧相授，說：“今年祖龍當死。”兩件事情聯系在一起，秦始皇驚慌不安，召入太卜問卦，結果是游徙最好，于是秦始皇決定出巡避凶。
第二年（前220），大隊人馬走到沙丘平台（今河北廣宗西北太平台）時，秦始皇突然病危了。當時隨行的有胡亥、趙高、李斯等人，由于秦始皇晚年信奉神仙之說，祈求長生不老，平生最忌諱的就是“死”字，李斯等人都不敢開口向他請示身後之事。直到秦始皇自己意識到活不過明天了，才給長子扶蘇留下一封詔書，讓他把軍隊交給蒙恬，回到咸陽參加葬禮。
沙丘距京城咸陽1000多公里，始皇生前沒有明確設立太子。所以，這消息一旦傳出去，很可能發生諸皇子爭奪皇位的內訌，丞相李斯下令秘不發喪，迅速趕回咸陽。他一面把秦始皇的尸體安置在車中，讓宦官照常坐在車上，傳遞批答奏章，送水送飯，一切照常。一面催促趙高，速發璽書，召扶蘇回咸陽。這個秘密只有李斯、趙高、胡亥及所親幸的宦官一共五六個人知道。趙高怕扶蘇繼位，蒙恬兄弟掌權，自己要倒大黴，就陰謀策劃讓胡亥即位，他首先去說服胡亥。
三人陰謀小集團
趙高告訴胡亥，秦始皇想讓扶蘇繼位，胡亥覺得是理所當然，毫無野心。趙高說，現在天下大權就掌握在你我和丞相李斯的手里，何不自己當皇帝，制人和受制于人，怎麼可以同日而語呢？胡亥說，廢掉兄長而自立，是不仁；不遵守父皇的詔命，是不孝；自己能力不夠才識淺薄，勉強靠別人的力量做了皇帝，是不能。這三件都屬大逆不道，天下人是不會服氣的，自身也會非常危險，祖宗的神靈也不會承認保佑的。
胡亥這番話，說明他並非不懂道理，但皇帝的權力無疑是巨大的誘惑，這種誘惑沒幾個人可以抵抗得了。憑趙高的伶牙俐齒，再勸幾句，胡亥就被說服了。
趙高說，商湯革命，周武伐紂，都殺了他們的君主，天下沒有人說他們不忠；衛國國君殺掉殘暴的父親自立，沒有人說他不孝，連孔子都為他書上一筆。凡是干大事的，就不能夠拘泥于小節；有大德行的人，就不計較一些小的過失和責備。事貴達權，不可墨守。因小失大，必生禍患；優柔寡斷，將來後悔。這番引經據典、旁征博引，打消了胡亥尚存的一點良心，看來趙高還是個頗為高明的醫生。
攻下胡亥，再攻李斯，趙高也只用了兩三個回合。他先說明來意後，李斯大驚失色，斥責他的話亡國亂政，大逆不道。趙高卻給他擺出了理由——
1、論才能、功勞、謀略、人心、與扶蘇的交情和得到他信任的程度，李斯比得過蒙恬嗎﹖由此推論，一旦扶蘇即位，李斯將相位不保。
2、古往今來，被罷免的丞相或功臣的富貴榮耀，從來沒有能夠保持兩代的，他們和子孫最後都逃不掉殺頭的結局。由此推論，李斯只要罷相，難逃殺身滅門之禍。
李斯被說服了，三人組成陰謀小集團，開始實施一場直接改變秦朝命運的宮廷政變。政變的主謀雖然是趙高，執行者卻是李斯，因為沒有他的同意，任何詔書都發布不出去，同時李斯任相多年，在國內的地位和威望都是趙高無法比肩的。
胡亥登基
趙高先是毀掉了秦始皇賜給扶蘇的“璽書”，另外偽造了一道給丞相李斯的臨終遺囑，冊立胡亥為太子。又以秦始皇的名義把長子扶蘇和蒙恬下令賜死。
詔書傳達到軍中後，扶蘇雖然感到震驚，但畢竟不知道父皇已死，秦朝尚法，扶蘇聽完使者的宣旨後，便要自裁。蒙恬急忙上前勸止，認為始皇既然派扶蘇來做三十萬大軍的監軍，本身就意味著把天下重任交付給了他，今天怎能憑著使者的一封詔書就自殺，又怎麼知道這詔書不是假的呢﹖讓扶蘇再請示一下，弄清詔書的真假，再死也不遲。扶蘇是仁孝忠厚的人，認為君要臣死，臣不得不死，父要子亡，子不得不亡，就稀里糊塗地拔劍自殺了。但蒙恬卻堅決不肯這樣不明不白地死去，使臣就把他抓起來囚在獄中，然後回報胡亥、李斯、趙高。
三人聽說扶蘇已死，大喜，他們匆匆離開沙丘直奔咸陽。當時正值盛夏酷暑，沒幾天，秦始皇的尸體便腐爛發臭了。李斯和趙高怕引起眾人的懷疑，就想了一個辦法，下令索取鮑魚，百官車上各載一石，以魚腥來掩蓋尸體的臭氣。這樣星夜兼程，趕回咸陽，立即宣布胡亥為太子，並為秦始皇舉行了盛大的葬禮。葬禮結束後，胡亥正式即位登上皇帝寶座，稱為秦二世。趙高升任為郎中令，常居于宮中參與決策，李斯也保住了丞相的位子。