秦始皇稱帝后，頻繁用兵，開疆拓地。二十六年至三十三年，調發數十萬人，三攻嶺南，佔領百越之地(今廣東、廣西及越南北部)。又派大將蒙恬率領30萬軍隊北擊匈奴，收復被匈奴佔據的河南地(今內蒙古河套南伊克昭盟一帶)，迫匈奴退往陰山以北。爲了防止匈奴的侵擾，他把昔日秦、趙、燕所築的長城加以修繕，連接成西起甘肅臨洮，東至遼東的萬里長城。秦始皇又南征百越，設置了閩中、南海、桂林、象郡四郡，建立起一個以漢族爲主體的、多民族的封建專制中央集權的大帝國，疆域“東至海暨朝鮮，西至臨洮、羌中，南至北向戶，北據河爲塞，並(傍)陰山至遼東”。對中國歷史的發展作出了重要貢獻。
爲了加強手中的權力，秦始皇採取了中央集權的政體，否定了丞相王綰提出的恢復分封制的主張，實行郡縣制，分天下爲36郡，後又增至40多郡。郡置郡守，縣置縣令，中央設立“三公九卿”，協助皇帝處理政治、軍事、經濟等事務。這一政治體制加強了皇帝對政權的控制，開創了專制主義的中央集權，爲後來的歷代封建王朝所沿襲。
爲鞏固中央統治，秦始皇下令收繳天下兵器，並將六國貴族和豪富12萬戶遷到咸陽附近和四川等地，以便控制。同時以咸陽爲中心，修築了兩條馳道：一條東通海邊;一條南入吳楚，以便一旦發生叛亂，迅速調動軍隊鎮壓。秦始皇還多次到各地巡遊，以“威服海內”。
在經濟上，秦始皇於公元前216年發佈命令，“使黔首自實田”，確認土地私有制度，又下令統一貨幣和度量衡，以加強各地區的經濟交流。
在思想領域，秦始皇爲了打擊儒生淳于越等反對郡縣制的言論，穩定民心，維護皇帝的權威，他採納了李斯的主張，下令除了醫藥、卜筮、種植(指農業)之書、秦國史書和博士官收藏的《詩》、《書》、《百家語》等外，其它書籍一律燒燬。次年，又因爲方士侯生、盧生違命叛逃，秦始皇下令追究方士、儒生的罪行。結果活埋400多名儒生，製造了歷史上第一個“焚書坑儒”事件。
秦始皇統一全國後，大興土木，修建宮殿和陵墓。僅阿房宮和驪山墓兩項工程，就動用了70餘萬人力，給勞動人民帶來繁賦重役和飢寒交迫，激起人民起來反抗，爲秦朝的迅速滅亡種下禍根。
秦始皇三十七年(前210年)，秦始皇在第五次巡遊途中患病，七月死於沙丘平臺(今河北平鄉東北)。死後不入，即爆發了大規模的農民起義戰爭。
