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，於是迎立子嬰即皇帝位，並將玉璽交給他。其後不久，趙高聲稱民變四起，秦地比統一前更小，建議子嬰稱王而不稱帝，子嬰依趙高，廢帝號，改稱秦王。
公元前206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：“丞相趙高在望夷宮殺了秦二世，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，子嬰便命令心腹韓談刺死趙高，並誅滅趙高三族。
劉邦義軍最先進入關中，子嬰遂派將領率兵至嶢關抵禦，劉邦帶軍繞過嶢關，越過蕢山，在藍田一帶兩度大敗秦軍。公元前206年十月，進入武關，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，身着死者葬禮所穿的白裝束，並攜同皇帝御用物品(包括玉璽和兵符)，在軹道親自至劉邦軍前投降。
秦朝在子嬰投降的那一刻正式滅亡，所以子嬰共當了四十六天秦王。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。子嬰死後，有關他埋葬的地點一直不詳。
