赵括与秦军约定第二天决战，先是大飨军士，到了第二天，四鼓做饭，五鼓开始集合，天明列阵前进。
赵军行进不到五里，正遇秦兵，是王贲率军前来，两边列阵对垒，赵括命先锋傅豹出战，王贲亲自出战，二人斗至三十余合，王贲败走，傅豹率军追赶，赵括驱兵继进。又遇到秦将王陵，赵括命王容交战，战只数合，王陵败退。赵括见秦军接连败阵，命全军追赶，冯亭誎道，秦人多诈，这败不可信，请元帅不要追赶。赵括不听，亲率前军直追秦兵，后军继进，前军已迫近秦军大营。
王贲，王陵绕营而走，秦军营壁十分坚实，赵括传命一齐攻打，打了数日，秦兵坚守不出。赵括传命后军，移营前进，只听赵将苏射飞来报告，后营已经被秦将胡伤所阻，无法前进。
赵括大怒道，胡伤竟敢如此，我亲自前往擒拿！一边让人打探秦兵动向，回报说，西路军马不断，东路无人。赵括命从东路转回，行至二三里，只见大将蒙骜引一军杀出，大喊道，赵括你中了我武安君之计，还不快降！赵括大怒，命王容接战，一会，王翦又率军杀入，赵兵折损颇多，赵括见难以取胜，鸣金收兵，在近水处安营。
冯亭誎道，军气需要用锐，我军虽然失利，还可以力战，不如杀回本营，一起拒敌，如果在这安营，到时腹背受敌，难以脱身。赵括不听，命军士筑垒，坚壁拒守。一面飞报赵王求援，一面催后面粮队，不知后面粮队已经被司马错、司马梗引兵阻断。
白起亲自引军挡住赵括前面，胡伤、蒙骜等截住赵括后路，秦军每天传武安君将令，招赵括出降，赵括才知武安君白起果然在此，众人都吓的心胆俱裂。
秦王听说武安君兵围赵括，亲自来到河内，发动民家壮丁数万人，命他们从军，分路掠夺赵兵粮草，并阻绝赵国援兵。
赵括被围四十余日，军中粮食已尽，士卒互相杀死对方为食，赵括不能禁止，只好将军分为四队，傅豹一队向东，苏射一队向西，冯亭一队向南，王容一队向北，吩咐四队，一齐鸣鼓，四路杀出，只要一路打通，其他便跟随退走。不料白起早有准备，每路都预备了弓手埋伏，只要出营的，不论是谁，便即放箭，赵军四队军马，冲突数次，都被乱箭射回。
又过了一月余，赵括亲选精锐五千人，都穿戴重甲，坐上骏马，赵括亲自在前，傅豹、王容紧随其后，想突围而出。秦将王翦、蒙骜二人率军齐上，赵括冲突不出，想退回营垒，不料马摔倒坠地，赵括中箭身死，赵军大乱，傅豹、王容俱死，苏射与冯亭准备一起逃走，冯亭说，我再三劝誎元帅不听，现在到了这个地步，逃又有什么用？于是自刎而死，苏射逃走，奔往胡人那边去了。
白起竖起招降旗，又将赵括首级提出，赵军见主帅被杀，纷纷弃甲投降，白起命人前往后营安抚，后营中还有军十二十余万，皆愿降，甲胄器械，堆积如山，营中辎重，都归于秦。
白起与王龁商议，之前秦国已经攻下野王，本来上党尽在秦国掌握中，但是上党的吏民不愿入秦，愿意归赵，加上现在降兵，有四十余万，他们一旦作乱，恐怕难以应付。
于是传令将上党一役及长平降卒，分为十营，并配上秦军二十万，分别让十将统率，先赏赐众军士酒肉，并传令，明天武安君会挑选赵军，凡是上等精锐及愿战的，都带回秦国，如果是老弱或是不想战的，都发回赵国。赵降兵大喜，大部分都想回赵。
晚上，武安君密令，到了初更，凡是秦兵，都用白布裹首；只要没有白布的，都是赵人，尽行诛杀！秦兵奉命，各自袖中准备利刃，一齐动手，降卒没有防备，又没有器械，束手被戳，有些逃出营外的，被蒙骜，王翦等引军巡逻，看到便砍。四十万降兵一夜都被杀尽，血流如流水般淙淙有声。杨谷涧的水，都变成了红色，现在被称为丹水。
白起命将赵兵头颅，堆于秦垒之间，称为头颅山，以之建立高台，台上崔嵬杰起，号称白起台，台下便是杨谷。后来唐太宗李世民巡游到此，心中感叹，命高僧唐三藏，在水陆设置祭台，为亡灵超度七天七夜，这里又名为省冤谷。有诗说：
高台百尺尽头颅，何止区区万骨枯？矢石无情缘斗胜，可怜降卒有何辜！
长平之战，前后斩首四十五万人，包括王龁先前攻上党的降卒，全部诛戳，只留二百四十年少的未杀，放回邯郸，以宣扬秦国国威，诸侯大惧。
话说赵孝成王起初听说赵括捷报，大喜，后听说赵括兵困长平，商议救援，援兵未到，听说赵括已死，赵军四十余万全部被秦兵杀死。赵王大惊，忙集兵防守。
邯郸城中，群臣无不悚惧。城中百姓，父亲哭儿子，兄长哭弟弟，弟弟哭兄长，祖哭孙，妻哭夫，沿街满市，号叫痛哭声不绝。
只有赵括母亲不哭，说赵括为将时，老妇已经说了他不能为将，死是早晚的事。赵王知道过在自己，不怪罪赵括母亲，反而赏赐了不少粟帛作为慰问。又派人往廉颇处谢罪，命廉颇前来防守。不久，秦兵攻下上党，上党十七城都降于秦国。武安君亲率大军前进，扬言要兵围邯郸。
赵王大集群臣商议，问谁能挡秦兵？群臣没有回应。
平原君赵胜回家，问宾客有什么主意，宾客也没有办法，这时苏代在平原君府中做客，对平原君说，如果我去咸阳，必然能阻止秦兵攻赵。平原君奏报赵王，赵王大出金币，请苏代往秦。
苏代来见范雎，范雎问，先生来这有什么事？苏代说，我是为了你而来。范雎问，请问有什么可以教我的？苏代说，武安君是否杀了马服君的儿子赵括?范雎说，是的。苏代问，现在是否要围邯郸？范雎说，是的。
苏代说，武安君白起用兵如神，他身为秦将，亲自攻下的城有七十余座，亲手斩杀的军士有百万余人，就算是商朝的伊尹、周朝的姜尚，也没有这么多功劳。现在兵围邯郸，赵国必亡，赵国一亡，秦国必成帝业，那么武安君的功劳没人能比的上，你虽然身份显贵，恐怕要在他之下了。
范雎以为然，苏代又道，你不如让韩国，赵国割地给秦国求和，割地是你的功劳，又能解除武安君的权柄，你的位置安如泰山。
范雎以为然，对秦王说，秦兵在外许久，已成疲兵，应做休息，不如传谕让韩、赵两国割地求和。秦王以为然。范雎于是赠金帛助苏代往韩赵，要韩、赵割地。韩割垣雍一城，赵割六城，各自遣使往秦求和。秦王以为韩国割地少，使者说，韩国上党十七城，现在都属于秦国了。秦王大喜同意了，召武安君班师。
白起正准备围困邯郸，听说范雎进言，秦王下诏班师，心中不爽。白起回到咸阳，传言道，自从长平一战，赵国的百姓士卒一夜惊醒十次，这时乘胜攻取，不到一月便能拿下，可惜应侯不知道时势，主张班师，错失良机。
秦王听说，心中有悔意，传命白起再起兵伐赵。白起深知已经错过时机，自称有病，不愿前往。
秦昭王命王陵率十万大军伐赵，赵王命廉颇抵挡，廉颇防备十分严密，并以家财招募死士，晚上连夜前往秦营乱砍，王陵大军屡次战败。
秦王知道白起病已好，命白起代王陵，白起说，邯郸现在不易攻下，之前经过大败，百姓惊恐，因此攻伐，他的守备也不坚固，现在已经过了两年了，心中不再恐惧，廉颇又是宿将，不是赵括可以比的。诸侯见秦国刚与赵国和谈，又来攻打，都认为秦国不可信，那时必然合纵攻秦。臣不知道胜机哪里。秦王强行要求，白起坚持推辞。
秦王又命范雎前往请白起，范雎忌白起功大，白起也不喜范雎，于是又称病不往。范雎对秦王说，白起坚持不肯出战，他的心意已经坚定了。秦王大怒道，难道秦国没有其他的将了吗？刚开始长平之胜，是王龁领军。于是增兵十万，命王龁前往代替王陵。
王龁围邯郸五月，不能攻克，武安君听说，对宾客说，我早说邯郸不易攻下，大王不听我的话，现在怎么样了？范雎知道了，对秦王说，只有请白起为将，才能取胜。
秦昭王又来请白起，白起只是称病，不肯前往，秦昭王大怒，削去武安君爵位，命他迁往阴密。武安君叹道，范蠡有言，‘狡兔死，走狗烹。‘我为秦国攻取诸侯七十余城，所以应该烹了。于是离开咸阳，暂住于杜邮。
范雎对秦王说，白起临行时，心中怏怏不服，颇有怨言，如果他去了别国，必然成为秦国大害。秦王命人赐白起利剑，令白起自裁。
白起叹道，我有什么罪？何至于此。又叹道，长平一役，赵国降卒四十余万，都被我以诈术斩杀，他们又有什么罪？我死是应该的。于是自刎而死，这时为秦昭王五十年，周赧王之五十八年。
秦人以为白起无罪而死，许多为他立祠，有诗说：
杀尽降兵热血流，一心犹自逞戈矛。 功成若解求身退，岂得将军死杜邮。