秦军攻战数月毫无进展，因补给线漫长后勤压力太大。为扭转局势，秦利用赵国派使者入咸阳和谈的机会，示好于赵，其他诸侯国惧怕秦赵媾和于己不利不敢支援赵国；同时使用反间计，在邯郸散布谣言：“秦之所恶，独畏马服子赵括将耳，廉颇易与，且降矣。”年轻气盛的赵孝成王本自恼怒廉颇军队伤亡很多，屡次战败却坚守营垒不敢出战，谣言四起，不啻于火上浇油。于是赵王力排众议，临阵换将，以自己喜爱的年轻将领赵括（赵国着名将领马服君赵奢之子）替代廉颇为长平前线最高统帅。
前260年夏，赵括接管长平前线四十五万赵军。秦国得知消息后秘密派遣武安君白起抵达长平接替王龁指挥秦军。赵括到达前线后，立即改变原有的军事部署和防守战略并撤换大批中下级军官，收缩兵力准备主动出击，企图一战歼灭秦军，收复上党。
白起针对赵军的动态，以丹河东岸的长平为依托，沿丹河东岸的天然髙岗构筑起长达18公里的主阵地，右翼一直延伸到小仓东河北岸，以抵御赵军主力的进攻。另安排人在决战开始后切断从石长城出击的赵军退路；另5000骑兵隔绝留守石长城的赵军与赵军主力之间的联系。
赵括在对秦军所知甚少的情况下，指挥主力出击屯扎在故关前的秦军部队。秦军按照白起的将令，接战不久后便诈败，沿直通长平的大道逃跑，把追击的赵军主力引诱到预设战场。赵括不知中计，指挥全军猛攻秦军阵地，给予秦军重大杀伤，但秦军顽强抵抗，赵军无法攻破。此时赵军主力已经远离故关12公里。预伏在小东仓河北岸的两万五千名秦军突然出击占领韩王山，切断了赵军的退路。五千骑兵也兵临故关前，使留守故关的赵军不敢支援。赵军被完全分为两段。赵军出击主力失去后勤保障，秦军抓住有利态势，从两翼攻击赵军。赵军分兵作战，不能取胜，被秦军压缩在了秦军防御壁垒所在的将军岭与韩王山所夹挟的一片低凹的山谷。
面对险恶战局，赵括命令部队原地筑垒防御等待援兵。秦军乘势合围赵军于谷地。赵军被围的消息报到邯郸。赵孝成王意欲合纵抗秦，遣使求救于临近的楚、魏等国。但由于之前赵国使者入咸阳和谈得秦昭襄王厚遇，诸侯国不愿救赵。赵孝成王只得派出本国的部队赶往长平前线救援。秦国方面，得知赵军主力已被合围，昭襄王亲自赶到河内郡，给所有的郡民赐爵一级，命郡内十五岁以上男丁悉数出征支援长平前线，阻击赵国援军，被围的赵军无法得到援助。9月，在被困46天后，赵括在突围时被秦军射杀。赵军伤兵饿殍无法再战，只得全体投降。秦军俘虏赵军近40万人，己方伤亡过半。
秦军对近40万降卒心有余悸。白起假意许诺说准备把降兵中身体强健的带回秦国，而年老体弱伤残幼小的会放归赵国。赵人不疑。白起又以酒肉安抚降卒，后令秦兵以白布裹头，吩咐说“凡首无白布者，即系赵人，当尽杀之。”赵国降卒不曾准备，又无器械，束手就戮。40万赵军，一夜俱尽。史载当时“血流淙淙有声，杨谷之水皆变为丹，至今号为丹水”。唯有240名年纪幼小的赵兵被秦军放归赵国以散布恐慌，震慑山东六国。坑杀赵卒的消息传入赵国，整个国家中“子哭其父，父哭其子，兄哭其弟，弟哭其兄，祖哭其孙，妻哭其夫，沿街满市，号痛之声不绝”。
邯郸之战
秦虽然取得长平之战的胜利，但士卒死伤过半，粮草消耗巨大，秦无力继续攻邯郸灭赵。且士卒连年征战，士气低靡，战线太长补给困难。加上新占之地民心不固，随时都有可能叛乱。韩魏楚蠢蠢欲动，其侧翼相当不安全（其后秦正是因此而败）。故秦接受了赵国的割地求和。
然而，赵在割地上却分歧扩大。最终赵王决定不履行和约，转而备战。秦昭襄王大怒，遂以举国之兵攻赵，邯郸之战爆发。
前259年，赵孝成王六年元月，秦聚兵约五十万人，分兵三路，左路司马梗率军进攻赵之太原，取之，以牵制赵北方主力使不得南下；右路约十万增兵南阳，以拒魏楚联军；中路军约三十万人，直取赵之邯郸。七、八月间，赵之武安、皮牢，两座赵都唯一可依赖的战略屏蔽被秦攻破。次年十月秦围邯郸。
秦昭襄王四十八年正月至八月间，赵国采取坚壁清野的战略，放弃野战和卫星城，集中各地的守军及粮食全力保卫都城邯郸。而此时赵国的精锐士兵早已于长平之战中损失殆尽，邯郸城内士卒多为刚征集的下民，约三四十万人，且多为40岁左右的老人（古40岁即为老）或13到18岁的弱童。而年轻力壮的士卒不超过十万，其中包括赵王的宫卫步兵和少量骑兵，大约一二万人，这些构成了赵日夜突袭秦兵的主力。守将为大将军廉颇、宫卫统领乐乘，而平原君赵胜成为邯郸之战实际的最高指挥官。但是，邯郸的下民因长平之战，几乎每家皆有丧子、丧夫、丧父，故同仇敌忾，誓卫赵都。
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