秦始皇自忖功蓋三皇五帝，也確實也些政績，一方面是為了了解下情，炫耀威風，一方面尋訪仙山，希求長生，總是接連不斷的出巡。
統一的第二年，出於防禦匈奴的需要，他巡視西北邊郡隴西和北地二郡。統一的第三年，開始了全國性的大巡遊。足跡踏遍了全國各地。到處刻石，宣揚戰爭結束，統一天下，制訂國策。在巡遊途中，秦始皇每到一地便派大量的方上去尋找神仙，求取長生仙藥。
始皇三十一年，秦始皇進行他的最後一次巡遊。從咸陽出發，到了雲夢（洞庭湖一帶），然後順江東下來到錢塘江，一直沿海邊向北，一無所獲。看求仙無望，決定返回咸陽。連續旅途勞累，加上心情沮喪，到平原津（今山東平原附近）就病倒了。
當時，跟隨秦始皇出遊的有左丞相李斯，中車府令趙高等人，還有秦始皇的少子胡亥。雖然秦始皇已經病危，他最忌諱死字，不過病情逐漸加重，於是給在北邊監軍長子扶蘇留下璽書，讓他急赴咸陽主辦喪事，安排由扶蘇來繼承帝位。璽書封好後，放在中車府令趙高處，璽書還沒有交予使者，行輿至沙丘平臺（今河北廣宗西北，秦始皇就病逝了。時為始皇三十一年七月，他在位37年，稱王25年，稱帝12年，終年50歲。
丞相李斯見秦始皇死在途中，怕咸陽諸公子爭奪權位，，采取了絕密措施，把秦始皇的屍體載在可以躺臥的車中，繼續前進。天氣炎熱，屍體臭味撲鼻，返回咸陽。在途中趙高乘機策動政變，。他勾結李斯篡改秦始皇的遺囑，扶立子胡亥繼承帝位。並派人逼死扶蘇。胡亥繼位，為秦二世皇帝。九月，為秦始皇舉行隆重的葬禮，安葬儷山。動用70萬人力，歷時十年修建巨大的墓葬工程。儷山墓高50丈，遍桂，遍植樹木，形如大山，，下穿三泉，底部門中水銀作江河大海之勢。
現在，秦始皇帝陵在陜西臨潼縣東五公裡的下河村附近，今墳高55.05米，周長2000米。
