赵国接受上党，为秦赵两国的长平之战点燃了导火索。秦昭襄王四十七年，秦国大将王龁攻韩，夺取上党，然后攻赵。此时，廉颇在长平布置了三道防线：第一道是空仓岭防线，第二道是丹河防线，第三道防线是百里石长城。三道防线东西数十里，星罗棋布，互相连接。秦军与赵军的第一次遭遇战，发生在第一道防线以西的山谷。混战中，秦军斩杀赵国前锋，突破空仓岭，攻占赵军前线重镇光狼城。赵军于空仓岭陷落后，似乎曾作过加固南北两翼以钳制深入之敌的努力，结果没有成功，终于空仓岭南北几十里防线西垒壁完全陷落。
秦军攻势锐不可当，赵军连战不利，损失很大。廉颇重新分析敌我态势，在看到地形因素不利于赵军，而秦国补给线远比赵军漫长，后勤保障比赵国困难，决心放弃不易防守的丹河西岸阵地，全军收缩至丹河以东第二道防线，构筑壁垒，决心以逸待劳，以图挫动秦军锐气，坚守待变。从坚守的战术目的来看，廉颇是成功的，秦军无论怎么攻打都突破不了丹河防线，秦赵两军形成对峙局面。战争持续了三年，秦国不仅损兵折将，而且每天都有大量的粮草消耗，几十万人能吃掉一座山的食物，比他们更惨的，那就是与之对弈的赵国人，赵国的粮食产量只有秦国的三分之一，战争相持三年，二十万大军的巨额消耗使得赵国经济实力不济的弱点完全暴露，赵王更加急于结束战争。加之阏与之战，赵奢大败秦军，使得赵国心存侥幸心理，如果集中兵力决一死战，或许秦国并不是不能战胜，所以改变了坚守的策略，这时再加上有人说道：大王据秦国的探子来报，秦人并不害怕廉颇，他们认为廉颇都70多了。老的都快把牙齿都掉光了，不足畏惧，他们害怕的是赵奢的儿子赵括，赵括自幼熟读兵书。心中更是有满腹经纶各种的韬略，那兵法张口就来，赵王听到此人如此厉害，于是亲自招来一看，赵括来到大殿上讲起兵法那是一套一套的，讲的是铿锵有力句句直插要害，深得赵王之心呀，于是立刻命赵括为将，赵王准备让赵括去替换廉颇，而这时，赵括的母亲来到王宫说道：大王。我恳请你不要用我的儿子赵括，他是用满肚的兵法和知识，就连他的父亲赵奢都讲不过他，但是他父亲在世时曾说过。赵括只会纸上谈兵。根本就没有上阵杀敌，战场上瞬息万变，他中规中矩，是不切实际的，所以我恳请大王不要用赵括为将，赵王说道：夫人，你怎么和别人不一样，别人的家里如果儿子当了将军，那高兴的不得了。满嘴都是自己儿子是如何如何了不起如何如何好，怎么到你这里你说话不向着你的儿子，还要处处的说他的不是，而赵括的母亲却说道：我自己养的儿子有几斤几两我清楚。我要为整个赵国负责，我要为他负责，我心中只有照顾的安危，他合不合适我当然要告诉您，赵王听到之后点了点头，但是考虑到国家的库房里确实存粮不多，如此耗下去也不是办法，于是只能抱着侥幸的态度。将赵括派往了前线，就这样赵王用赵括替换了廉颇。
赵国更换主将对抗秦军的同时，秦昭襄王也秘密派遣白起为上将军，奔赴前线领军。白起面对轻敌的对手，决定采取后退诱敌，分割围歼的战法。他命前沿部队担任诱敌任务，在赵军进攻时，佯败后撤，将赵军吸引进秦军主力构筑的袋形埋伏圈；然后从侧翼派出两支奇兵，一支为轻兵两万五千人，长途跋涉，绕到赵军背后，奇袭了赵军的最后一道防线百里石长城。百里石长城所在的山脉突兀横亘于平原之上，一边通往长平前线，另一边通往赵国大后方。赵军由于一味进攻，重兵集结前线，导致后方兵力空虚，秦军趁赵军没有防备，将其夺占，使得长平的赵军与后方断绝，这是赵军陷入危机的开端。秦军出其不意的穿插到赵军背后，袭占百里石长城防线，反映出白起一贯的战术风格，深藏不露，避实击虚。
在秦军奇袭百里石长城的同时，长平的正面战场秦军却一副节节败退的样子。八月，一心寻求决战的赵括在不明虚实的情况下，贸然采取进攻行动，秦军假意败走，暗中张开两翼设奇兵胁制赵军，楔入赵军先头部队与主力之间，伺机割裂。赵括完全没有意识到在他前面，有一个巨大的口袋型的秦军预设阵地，此时白起派出另一支奇兵，突然出现在赵军背后，利用地形将整个袋形埋伏圈堵住，整支赵军陷入包围。赵括命令数十万赵军从各个方向冲击秦军壁垒，却始终不得突围。白起令两翼奇兵迅速出击，将赵军截为三段。赵军首尾分离，粮道被断。秦军又派轻骑兵不断骚扰赵军。赵军的战势危急，只得构筑垒壁坚守，以待救兵。秦昭襄王听说赵国的粮道被切断，亲自到河内郡督战，征调十五岁以上男子全部应战，加封应征者爵位一级，以倾全国之力与赵作战。
九月，赵兵已断粮四十六天，饥饿不堪，军心动摇，甚至自相杀食。赵括走投无路，重新集结部队，分兵四队轮番突围，终不能出，赵括亲率精兵出战，被秦军射杀。赵军大败，四十万赵兵投降。白起与部下计议说：“先前秦已攻陷上党，上党的百姓不愿归附秦却归顺了赵国。赵国士兵反复无常，不全部杀掉，恐怕日后会成为灾乱。”于是使诈，将赵降卒四十万全部坑杀，只留下二百四十名年纪小的士兵回赵国报信。
长平之战，秦军先后斩杀和俘获赵军共四十五万人，创造了中国先秦战史上最大的一次歼灭战战例。战后，赵国上下为之震惊，从此元气大伤，一蹶不振。
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