二世皇帝自杀以后，阎乐回到咸阳向赵高禀报。赵高曾经有意自佩玺印称王，试探的结果，难以得到大臣和卫士们的支持。赵高于是在咸阳宫召见大臣百官、王族宗室，通报之所以诛杀二世皇帝的缘由，宣告秦放弃皇帝称号，承认六国复国，立子婴为秦王，自己仍然为丞相辅佐国政。
子婴当时已经三十多岁，是宗室中的年长贤者。二世即位诛杀兄弟姐妹，子婴是非嫡系的旁支，没有受到牵连。二世受赵高怂恿准备诛杀蒙恬、蒙毅兄弟及其家族，子婴曾经挺身劝谏，虽然没有能够保全蒙氏，但在大臣和宗室里，得到相当的尊重和声望。
刘邦的使者宁昌到咸阳见赵高，以诛杀二世割裂关中分别称王为条件引诱赵高。赵高发动望夷宫政变逼迫二世自杀，秦放弃帝国回归王国，是应了约降的条件。不过，赵高得不到大臣和将士们的支持，不敢贸然称王。他没有其他的选择，只有先立子婴为秦王以应急，稳定局势。
赵高依照王位继承的礼仪，让子婴在家斋戒五日，然后前往宗庙告祖祭祀，接受秦王的玺印，正式宣告即位。赢婴是明白人，他不信任赵高。他与两个儿子及亲信侍从韩谈密谋说：“丞相高杀二世望夷宫，恐群臣诛之，乃详以义立我。我闻赵高乃与楚约，灭秦宗室而王关中。今使我斋见庙，此欲因庙中杀我。我称病不行，丞相必自来，来则杀之。”
五天以后，子婴在斋宫称病不出，赵高数次派人前去催问，子婴都称病不应。赵高没有办法，只好亲自到斋宫面请子婴，说：“宗庙重事，王奈何不行？”话刚问完，就被早有准备的韩谈刺死。
赵高
二世三年（前207年）八月，子婴诛灭赵高宗族，即位为秦王。子婴即位以后，清除赵高党羽，重新组建政府，晓谕各地安定民情，急令前线坚守拒敌，力图挽救秦国濒于毁灭的命运。然而，一切为时已晚。
赵高逼迫二世自杀以后，迅速与武关外的刘邦交涉。刘邦拒绝如约与赵高分王关中，趁乱强行攻破武关，进入商洛道，沿丹水直趋蓝田。赵高被杀，秦王子婴得到刘邦军进入武关的消息，紧急命令戍卫京师的中尉军前往晓关和蓝田一带设防，阻止刘邦军进入关中。刘邦军用张良的计谋，用重金实利引诱秦军将领言和，趁其松懈，突然展开攻击，将崤关攻克，又在蓝田再破秦军，直奔咸阳而来。
十月，刘邦军抵达咸阳东南郊外的灞上地区，秦王婴已经无兵可用，无险可守，被迫开城无条件投降。赢婴乘白马牵引的丧车，颈系天子绥带，手奉封存的皇帝玺印符节，带领百官出城到灞河西岸的积道亭出降，迎接刘邦军入城，秦帝国灭亡。
秦国自周平王元年（前770年）开国以来，延续了571年的历史，至此结束。末代秦王子婴，在位不到两个月。受降以后，部下有人建议诛杀秦王子婴，刘邦拒绝了。刘邦说：“始怀王遣我，固以能宽容；且人已服降，又杀之，不祥。”刘邦不杀子婴，也有别的考虑。依照怀王之约，刘邦当领有秦国做秦王，秦国将成为刘邦未来的国土，秦人将成为刘邦未来的臣民。从子婴开城投降起，刘邦就已经自视为秦王，开始考虑统治秦国的战后政策和建国方略。
子婴开城投降，代表了秦国官民的归附。对子婴的处置，也将表示新政权对秦国官民的态度。刘邦是关东楚国人，在秦国毫无根基，子婴是旁系新主，既无逼人之势，又得秦国官民的同情好感。对于刘邦来说，善待子婴，不仅有利于眼下安定秦国军心民心，而且今后统治秦国时，子婴也是大可以利用的人选。刘邦于是将子婴交与部下好生看管，对秦国的宗室大臣一律宽赦不诛，下令各级官吏各司旧职维持现状，听从刘邦军的统一指挥。
刘邦
刘邦领军进入咸阳，再次惊叹秦都宫室的富丽繁华，回忆起当初做徭夫来咸阳，外观宫室路遇始皇帝的往事，感慨兴奋，大有筋骨酥松、身心舒畅之感，准备就在咸阳宫中留住下来，好好轻松享受一番。从关东跟随而来的部下们，多是乡下人，人人大开眼界，兴奋难抑之情，远远胜过刘邦。他们纷纷进入秦宫和仓库，掠取珠宝财物，寻找美女妇人。张良是清心寡欲的人，混乱当中，他清醒不乱。他说通刘邦的姻亲、心直口快的樊哙，二人迅速来到秦宫中面见刘邦，晓以利害，坚决劝阻，终于说服刘邦打消了入居秦宫的念头，下令查封所有的府库财物，全军退出咸阳，还军灞上。
混乱当中，还有一位清醒不乱的人是萧何，他在刘邦军中做郡丞，负责文牍后勤。萧何有经邦治国的远见，独自领人进入秦丞相府和御史寺，将秦政府的律令文书、档案图录等文件全部取出，带回军中，早早地掌握了秦帝国据以统治天下的基本信息和数据。
还军灞上以后，刘邦迅速着手实施对于秦国的统治。在萧何的主持下，刘邦宣布暂时废止秦帝国繁杂苛刻的法律，以简洁的三章法约束军民，维持战后秩序：杀人者处死，伤人者受刑，盗窃者罚金。刘邦又亲自召集关中咸阳近处的父老豪杰，晓谕以除暴秦入关安民的旨意。他明确表示自己与诸侯各国有约定，先入关中者王关中，自己当做未来的秦王。
他说，“父老苦秦苛法久矣，吾当王关中，与父老约法三章耳。凡吾所以来，为父兄除害，非有所侵暴，毋恐。吾所以还军霸上，待诸侯至而定约束耳。”对于关中及蜀汉地区各郡县，刘邦派部下与秦的主管官吏一同前往，布告安民，一切维持原状不动。
灞上与鸿门间，相距不过数十里，冬日晴天，两军旌旗相望。鸿门坂上项羽军中，来了一位秘密使者，使者受刘邦部下司马曹无伤的派遣，前来通报刘邦军的情况。使者见到项羽以后，将刘邦闭关自守的实情，计划占据关中称王，以秦降王赢婴为丞相，尽取秦王朝的宫室珍宝，独有秦国的土地臣民之种种行动和安排，一五一十地作了通报。项羽在函谷关被阻，强行入关后，对刘邦已经满是敌意。
项籍
得到曹无伤的通报，更如火上加油。项羽当即下令军中，“旦日飨士卒，为击破沛公军！”项羽和平解决刘邦问题，掌握了所有军队的指挥权以后，由戏水鸿门进入秦都咸阳。
项羽进入咸阳以后，首先杀掉秦王婴，诛灭赢姓宗族，断绝了远古以来秦王室的血脉。他实施报复，比照当年秦军攻占诸侯国后的做法，掠取秦朝宫室的财宝妇女，焚毁咸阳宫城殿堂，对未完工的阿房宫和始皇陵的庞大建筑，也彻底加以破坏。史书称，大火伴随项羽毁灭秦都的行动，延续三个月之久。
谋士韩生曾经劝说项羽定都关中。他以为“关中阻山带河，四塞之地，肥饶，可都以伯。”然而，新安坑杀秦军降卒以后，项羽已经失去了在关中立足的民意。入咸阳以来，毁坏秦朝宫室陵园，无意在关中滞留的意向，已经明确。
项羽是楚国贵族，怀土恋乡，功成名就之后，一门心思希望早早归还故乡，荣归故里，告祭先祖，成了他抹不开、消不去的情结。他竟然以“富贵不归故乡，如衣绣夜行，谁知之者”为理由，将韩生的重大战略建议，草草打发回绝。韩生退出来后，感慨万端，忍不住冒出一句话来：“人言楚人沐猴而冠耳，果然。”此话传到项羽耳里，项羽当即下令将韩生扔在锅里活活煮死。他始终无法控制自己的情绪冲动。
施行了对于秦都的破坏，报复了秦灭祖国的深仇大恨之后，项羽开始着手处理战后问题。战后的首要问题，就是对于秦国的处置。按照怀王之约，先入关中者王秦，刘邦应当做秦王。定约之初，怀王拒绝项羽的主动请缨，偏袒派遣刘邦入关，将唯一称王的可能交付给刘邦，项羽由此对怀王和刘邦两者皆有不满。
刘邦闭关拒守，引来项羽的愤怒和猜忌。鸿门宴和解，虽然没有杀刘邦，但对刘邦的猜疑和防范是未曾消除的。不让刘邦王关中，已经是项羽的既定方针。项羽派人到彭城向怀王报告灭秦大功告成，请求根据盟誓的约定，分割关中分王秦国的三位降将，对于刘邦等其他将领，考虑另作封赏云云。项羽请示怀王的真意，表面上是请求废弃怀王之约，便宜处理秦国问题，其更深的意图，是试探怀王朝廷对于新形势的认识和反应，特别是对于自己的态度。
