秦始皇死後，秦二世胡亥即位。二世寵信趙高，賜死扶蘇，誅殺多位舊臣，包括蒙恬、李斯等人。當秦二世準備加害蒙恬時，子嬰曾勸阻二世說：“趙王遷殺死李牧而任用顏聚，齊王建殺死他前代的忠臣而任用後勝，結果都使國家滅亡。蒙氏，是秦國的大臣、謀士啊！而陛下您想一時就把他們殺掉，臣私下認爲不妥。誅殺忠臣而舉用沒有德行的人，是使朝廷內羣臣互不信任，而使在外的將士們意志喪失啊！”但秦二世不聽從他的諫言。
秦二世在位三年，被趙高所殺。趙高欲自立爲王，但發現羣臣並不支持，於是迎立子嬰即位，並將玉璽交給他。趙高聲稱民變起後，秦地比統一前更小，故不應該稱“皇帝”，而只合適稱“王”。
前207年九月，趙高令子嬰實行齋戒，要到宗廟行禮，接受傳國的玉璽；經過了五天。子嬰與他兩個兒子及宦者韓談謀議說：“丞相趙高在夷望宮殺了秦二世，害怕羣臣們誅殺他，便假作是行德義而立我爲王。我聽說趙高竟與楚國約定，消滅我國的宗族後瓜分土地在關中稱王。現在要我齋戒，到宗廟敬祀祖先，這是想趁機在宗廟中殺死我。我推託有病不能去，丞相一定會親自來到我這裏；他一來我們就殺了他。”趙高几次派人來請，子嬰都不去宗廟。果然他親自來到齋宮，子嬰便命令韓談刺死趙高，並隨即把他的家人全部處死。
劉邦率領秦末其中一支起義軍進入關中，子嬰派遣將領率兵到嶢關阻擊劉邦軍隊，劉邦帶軍繞過嶢關，越過蕢山，在藍田一帶兩度大敗秦軍。前206年十月，進入武關，在到達灞上後派人勸子嬰投降，並得到子嬰的同意。子嬰遂與妻子用繩綁縛自己，坐上由白馬駕駛的白色馬車，身穿葬禮裝束，並攜同皇帝御用物品(包括玉璽和兵符)，在軹道親自到劉邦的軍前投降。子嬰共當了46天秦王。
秦代在子嬰投降的一刻正式滅亡。樊噲提議殺了子嬰，劉邦並沒有處死子嬰，而是把他交給隨行的吏員看管。
一個多月後，項羽亦率領大軍到達關中。劉邦的部將曹無傷向項羽稱劉邦將以子嬰爲相而自立爲關中王，結果項羽設下了鴻門宴。項羽入咸陽城後，立刻殺死子嬰，並進行了大屠殺及縱火。
