开疆拓土
秦始皇在位期间还扩大了国家的疆土，疆域异常辽阔，北至河套和阴山，南至南越（即古时日南郡，今越南中部），西至陇西临洮，东则延伸到了辽东及朝鲜。
北伐匈奴
正当战国七雄相互攻伐的时候，北方草原的匈奴、东胡及月氏亦相互牵制，未能全力南下干涉中原局势，直到秦始皇统一六国后，居住在中国北方与西北草原的游牧民族，随即成为新生秦帝国的最大敌人。
公元前215年（秦始皇32年），燕国人卢生向秦始皇献上一本名为《录图书》的预言书，上面写着“亡秦者胡”。根据这个“预言”，秦始皇认为最终灭亡大秦帝国的，是北方的胡人。当时北方草原的胡人当中，月氏和东胡都比匈奴强大，但因匈奴人的聚居之地是 河套地区，对定都咸阳的秦帝国来说是最大的威胁，因此秦始皇决定遣兵征伐匈奴。
不过李斯却指出，匈奴人逐水草而居，居无定所，也从来不储蓄粮食，极难征服。如果派兵轻装前进，容易导致军粮断绝而全军覆没；如果携带大量粮食进军，物资沉重难运，也是无济于事。对秦国而言，即使得到匈奴的土地也无利可图，只会令中原百姓疲惫。遇 到匈奴百姓，亦因担心他们的忠诚而不敢役使他们。如果杀掉全部匈奴百姓，这又与君父自许的“君王”作为相悖，表明反对征伐匈奴。
秦始皇没有接纳李斯的意见，他下令将领蒙恬率兵三十万人，沿着今日兰州市至鄂尔多斯市一段的黄河，北伐匈奴，企图夺取黄河河套以南之地。次年蒙恬攻占河套以南地区，从榆中（今甘肃省兰州市）沿黄河往东一直连接到阴山，划分成四十四个县，并设置九原 郡，沿着黄河修筑长城，于险阻设置要塞。
其后，秦始皇又遣蒙恬渡过黄河去夺取高阙、阳山（即阴山）、北假一带地方，筑起堡垒，逐次向北推进势力。当时的匈奴单于头曼被迫北迁，秦军在外奔波达十余年，并屯驻在上郡一地，蒙恬之名威震匈奴。
据考证，秦军迅速取胜的最大原因，就是普遍使用弩弓作远程武器。持弩的秦骑兵射击的准确度是匈奴人的弓无法比拟的，匈奴人的皮甲也抵挡不住弩箭强大的穿透力。对马背上的匈奴骑手而言，弩是最致命的武器。中国著名的兵书经典《武经七书》指出，弩是对 付古代游牧民族的最有效武器。由于弩的结构过于复杂，对匈奴人来说，他们很难装配或仿制。
为了充实河套以南新设郡县的人口，秦始皇下令将罪犯迁移至新郡县，当地被称为“新秦”。当年（秦始皇33年下半年）在西方出现彗星，为不吉之兆，故此秦始皇再下令贬谪执法不公的狱吏往新辟之地，以修筑长城及戌守南越地区。
据主父偃在《諌伐匈奴书》所言，蒙恬所戍之地地势低洼，而且是无法种植五谷的盐碱地，实在未能供给三十万戍卒的兵粮，故此必须仰赖内地的补给。为了从黄腄（今山东省烟台市）和琅琊等沿海之地运送粮食至北方的黄河，原本仅一石的东西，必须花费三十锺 （192石）。正因如此，秦朝百姓迫不得已肩负着沉重的负担。即使男子拼命耕种，也生产不及军役所需的食粮；女子日以继夜纺织，也无法满足军用帐幕所需。百姓疲惫，孤儿寡妇及老弱病残者无法生活，倒在道路两旁死去的人，屡见不鲜。直到蒙恬死后，在河套以 南戍边的劳役因陈胜起义，关东大乱而军心不稳，很快散去，从而迫使秦帝国放弃河套以南之地。
南征百越
现存史料提及有关秦国南征百越的历史，可说是相当简略。对于秦军南征百越的经过，军事部署、作战环境以及秦军面对的军事困难，《史记》的记载甚至可以用“一鳞半爪”来形容，但可以肯定南征百越的时间，实际上远比北伐匈奴要早。
根据汉文帝元年（公元前179年）南越王赵佗所述，他已经在岭南地区生活了49年。由于《史记》记载赵佗籍贯真定，并非岭南当地人，故此可以参考他在岭南生活的时间，从而推算出秦始皇何时开始南征百越。自文帝元年往上推朔49年，为秦王政20年（公元前227 年），正值赵国被消灭的次年，可见在赵国灭亡后不久，赵佗随即因为赵人的身份而被征召入伍，成为征越大军的其中一名士兵。因此可以肯定秦始皇在消灭六国的同时，便开始进行征服五岭以南的军事行动，而且更持续了十多年之久。
岭南自古属于“瘴疠之地”，亦称“百越”，意指当地生活着众多部落。汉初文学家贾谊自被贬为长沙王太傅后，亦听闻长沙气候潮湿多雨，以为自己会早死。汉人畏长沙如此，比长沙更南的岭南，其环境之恶劣可想而知。即使是驰骋疆场半生，未尝言苦的伏波将 军马援，自受命讨伐在交址地区发动叛乱的征氏姐妹以来，在平定叛乱后亦自言后悔未有听从弟弟少游的话，做个平民百姓，反而从军平越。当时汉朝已统治岭南地区达百余年，土地半垦，道路粗通，郡、县、乡、里四级政权已建立，已有不少越人汉化，其自然环境和 人文环境已有巨大变化。马援在提及征越之战时，仍犹有余悸，恐怕客死异乡，可以想像到秦朝时期，岭南地区的自然及人文环境，较二百年后的马援时代恶劣十倍，而现存的史料均指，秦始皇对号称“瘴疠之地”的岭南采取军事行动的最大目的，是看中当地出产的犀 角、象牙、翡翠及珠玑等物，以及扬威海外。
秦征百越的经过，综合现存史料可分为四个阶段：
一 深入岭南
约公元前227年（秦王政20年），秦始皇下令使尉屠睢以南郡为后勤重地，在当地征发“吏卒”、“新黔首”、“甲兵”及各种军输物资等所谓“楼船之士”，沿湘江水道为主要补给线，深入百越之地。南征秦军一路势如破竹，越人纷纷逃入深山密林，逃避秦人的 统治。
二 越人反攻
秦征百越之前，由于百越地区的部落们已经矛盾重重，甚至多数相互攻击，难以共同抵御秦军的攻势，但问题是百越地区部族众多，尽管各自为战，但越人逃入深山丛林的举措，令秦军难以彻底消灭其有生力量，加上秦军水土不服，当地瘴疠横行，致使军中大疫， 非战斗减员情况日益严重，战事陷入长期化，正如《淮南子》记载的“三年不解甲弛弩”。
在战事中期，秦军击杀了当地最大部落的首领，西瓯国首领译吁宋，但越人并未屈服，反而推举桀骏为新的首领，这个新推举的首领在一次夜袭中大破秦人，并击杀征越秦军最高统帅屠睢。
三 战事僵持
秦灭六国，百战百胜，但在百越地区的征战居然令秦军“伏尸流血数十万”（《淮南子．人间训》语），甚至连主帅也被击毙。秦始皇大怒，为了迅速结束战争，惟有下令对百越增兵，而楚国之亡又让秦军兵力得到释放，秦始皇乃“发卒五十万”，分为五军：一军 塞镡城（今湖南靖州县境）之岭，一军守九嶷（今湖南宁远南）之塞，一军处番禺（今广东广州）之都，一军守南野（今江西南康境），一军结余干（今江西余干境）之水。五路并进，企图一举攻下百越全境。
不过兵力的增加，再加上越人反抗，利用熟悉地形的优势，不断袭扰秦军勉强维持的补给线，令秦军几乎陷于崩溃，因此秦始皇下令使监禄（即史禄）负责转运粮饷。
为了支持长期战争的物资消耗，史禄决定派遣士兵，开凿连接湘江与漓江之间的运河，后世称为灵渠，使中原和五岭以北地区之兵员和粮草，能通过水运进入百越地区。由于开凿灵渠属于庞大工程，按当时技术条件，至少也得三至五年时间才能完成，故此战事陷入 僵持。
四 移民戍边
“灵渠”的建成只是为战争提供较好的后勤保障，并不能保证最后的胜利。秦征南越统帅尉屠睢战死后，继任统帅尉任嚣，起初亦无良策对付越人之丛林战，最后才想出了军队屯垦和“以谪徙民，与越杂处”之持久战和移民同化的策略。
屯垦和移民战术是控制百越地区最有效的方法，但见效慢，至少须五六年时间才能初见成效。由于当时秦始皇已消灭六国，故有充分条件迁移关东六国的“新黔首”（即所谓“中县之民”）往百越地区“移民戍边”。对于这些“新黔首”，秦始皇及秦国官吏根本不 把他们当人看，把他们留在百越地区，与“越人杂居”，对秦始皇说有双重好处：一是消灭了六国“乱民”或“惰民”；二是稳定了百越地区。
公元前214年（秦始皇33年），自下诏征发尝逋亡人、赘婿及贾人等往百越地区后，秦始皇认为岭南“粗定”，故在当地设置桂林、南海及象郡三郡。次年（秦始皇34年）始皇又下令贬谪执法不公的狱吏戌守百越地区。自秦王政20年令屠睢攻百越，至秦始皇33年岭 南“粗定”，对百越地区的战事共进行了十三年。
尽管百越地区粗定，令岭南地区自此纳入秦国版图，但秦国却为此付出极其沉重代价，长期的征越战事导致百姓靡敝，民不聊生，而时任南海尉的任嚣得悉朝廷因对越战事的缘故，中原疲敝已极，就留居南越，称王不归，并派人上书，要求朝廷征集无婆家的妇女三 万人，来替士兵缝补衣裳。秦始皇只同意给他一万五千人。于是百姓人心离散、土崩瓦解，密谋造反的十家有七。
另一方面，移民“戍越”的黔首，多数出身自六国故地，他们为了逃避“戍越”，纷纷逃入深山密林，沦为盗贼，从而成为始皇崩后，六国故地相继叛乱的导火线。
天下巡游
秦始皇一统天下，十年期间六次巡游近全土三分之一，以示强、威服海内，但亦采怀柔手段舒缓昔六国反抗未平之情绪；如袭齐、鲁之礼行封禅，依齐人八神信仰登成山祭日主。《峄山刻石》曰：“登于绎山，群臣从者，咸思攸长。追念乱世，分土建邦，以开争理 。功战日作，流血于野。自泰古始，世无万数，陀及五帝，莫能禁止。廼今皇帝，壹家天下，兵不复起。”
追求长生
秦始皇本纪第六记载“...维二十八年，皇帝作始。....齐人徐市等上书，言海中有三神山，名曰蓬莱、方丈、瀛洲，仙人居之。请得斋戒，与童男女求之。于是遣徐市发童男女数千人，入海求仙人。”
随后的记载“...三十二年，....因使韩终、侯公、石生求仙人不死之药。”，显示秦始皇深信不疑且陆续遣人寻求不死之药。三十三年焚书"所不去者，医药卜筮种树之书。
秦始皇去世前一年的记载“三十七年十月癸丑，始皇出游。....还过吴，从江乘渡。并海上，北至琅邪。方士徐市等入海求神药，数岁不得，费多，恐谴，乃诈曰：“蓬莱药可得，然常为大鲛鱼所苦，故不得至....”，表明确方士徐市寻求长生不老之药，而且无功 归返。 次一年“七月丙寅，始皇崩于沙丘平台。”
遭遇暗杀事件
秦始皇自消灭六国后，引起无数六国贵族的仇视，故遭到暗杀并不罕见，除了荆轲刺秦较为人所熟悉外，《史记》还记载三宗针对秦始皇的暗杀事件。
高渐离暗杀未遂
战国末燕国人高渐离，擅长击筑（古代的一种击弦乐器，颈细肩圆，中空，十三弦），是荆轲好友。荆轲死后，秦始皇下令通缉太子丹和荆轲的门客，门客们都潜逃了。高渐离遂改名换姓给人家当酒保，隐藏在宋子这个地方作工。过了不久，高渐离考虑到长久隐姓 埋名，担惊受怕地躲藏下去恐怕没有尽头，就不再隐藏自己的身份，应邀往宋子城里人家轮流作客，表演击筑，听众都赞不绝口，并向高渐离赐酒以示赞赏。后来因高渐离击筑技艺高超，被秦始皇传进宫中表演。但被秦始皇的某位臣子告发，秦始皇虽然特赦他的死罪。 但让人先弄瞎他的双眼以防行刺。不想高渐离双目虽瞎，却灌铅于筑中，在始皇听其击筑着迷不留意时，奋起用灌铅的筑击打始皇。高渐离暗杀秦始皇最终失败，并以身殉，自此秦始皇再也不敢接近以前曾为东方六国的百姓。
博浪沙行刺事件
公元前218年（秦始皇29年），秦始皇在第3次巡游途中途经博浪沙（今河南省新乡市原阳县），随行车队突然遭到一个120斤（相当于现在的30公斤）重的大铁椎撞击，但大铁椎砸在了另一辆车上，行刺失败，秦始皇没有受伤。
张良是博浪沙行刺事件的主谋，他的家族五代仕韩，出于灭韩之恨，几乎散尽家财寻求勇士谋划刺杀秦始皇，后来找到一个大力士，以大铁椎撞击秦始皇的车驾，惜误中副车，秦始皇为此大索十日，追捕甚急。张良惟有改名换姓，逃到下邳躲藏起来。
咸阳暗杀事件
公元前216年（秦始皇31年）一个晚上，秦始皇与四名武士一起，在咸阳一带微服出行，但在兰池宫附近遇上一众强盗袭击，情势危急，幸而最终击毙企图袭击秦始皇的强盗。由于怀疑事件另有主谋，故在关中地区大索二十天。
焚书坑儒
参见：焚书坑儒
秦始皇崇尚法家治国理念，他以秦国原有的法律令为基础，吸收六国法律的某些条文，制定和颁行全国统一的法律。秦朝对于官吏的管理是很严格的，制定了很多处罚官吏的方法
秦始皇的严酷法律引起了士人的不满，各种指责纷纷而来，不同于秦始皇法家的种种学说不绝于耳。由于当时社会上百家争鸣，严重的阻碍了秦始皇对征服的原六国民众思想的统一。丞相李斯认为这威胁到了秦朝的统治，主张严厉镇压这些士人，秦始皇支持李斯的 看法，并发动了焚书坑儒事件：
所谓“焚书”，就是秦始皇为了统一原六国人民的思想和巩固秦朝的统治，开始销毁除《秦记》之外的其他六国的史书，保留关于农业、技术、卜筮和医药的书籍。除了博士官所职，天下敢私藏诗、书、百家语的人，都命令守、尉将其藏书烧掉。有敢偶语《诗》《 书》者弃市，以古非今者族。如果官吏知情隐瞒不报，也和藏书的人同等治罪（《史记·秦始皇本纪》）。这一政策从前213年一直执行到前206年秦朝灭亡。但也有人认为，秦始皇曾下令将一些禁书保存于皇家图书馆，直到西楚霸王项羽攻破咸阳后纵火，这些书籍才彻 底消失。
始皇三十五年（前212年），卢生说始皇曰：“臣等求芝奇药仙者常弗遇，类物有害之者。方中，人主时为微行以辟恶鬼，恶鬼辟，真人至。人主所居而人臣知之，则害于神。真人者，入水不濡，入火不爇，陵云气，与天地久长。今上治天下，未能恬倓。原上所居 宫毋令人知，然后不死之药殆可得也。”于是始皇曰：“吾慕真人，自谓‘真人’，不称‘朕’。”，秦始皇相信不死之药的真实存在。将皆诵法孔子的儒生四百六十余人，皆坑之咸阳。
《史记·儒林列传》中说秦始皇焚书坑儒之后，六艺从此缺失。但若非大规模顶撞皇帝，始皇对士人也不是那样不友善。如博士之廷议制度，或前述行封禅之礼，即召鲁儒士议之。