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，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。秦军出其不意地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