赵高找到李斯，开门见山地道：“李丞相，始皇帝驾崩，遗诏立扶苏为帝，此事只有你我知道。你想想，扶苏继位后，会继续用你当丞相吗？扶苏与蒙恬亲如兄弟，蒙恬战功赫赫，又是将门之后，威望比你高，功劳比你大，到时候丞相之位，恐怕要归蒙恬了。你现在的富贵荣华，还能保得住吗？”
李斯本是法家人物，一生追求权势，听赵高这么说，心里顿时动摇。他想起自己当年为了上位，不惜害死韩非，如今若是失去丞相之位，几十年的努力就白费了。赵高见李斯犹豫，又趁热打铁道：“若是立胡亥为帝，胡亥仁厚，必会感激你我，你我日后可长久富贵，子子孙孙都能享受荣华。李丞相，这可是千载难逢的机会啊！”李斯沉吟半晌，最终还是抵不住权势的诱惑，答应了赵高。
两人合谋，篡改了嬴政的遗诏，让胡亥继位，又另拟了一道诏书，赐死扶苏和蒙恬。诏书是这么写的：“扶苏为人子不孝，屡次违背朕的旨意，在外领兵多年，却毫无功绩，其赐剑以自裁！蒙恬为人臣不忠，辅佐扶苏不力，知情不报，其赐死，兵权交予裨将王离！”
诏书拟好后，赵高派使者快马加鞭送到上郡。扶苏接到诏书，一看内容，当场就哭了，他拿着诏书，手都在发抖，对身边的人说：“父皇要我死，我怎能不死？”说着就要拔剑自刎。蒙恬急忙拦住他，道：“公子，此事有疑！始皇帝派我等守边，统领三十万大军，这是天下最重要的重任，怎么会因为一点小事就赐死你我？恐怕是有人篡改旨意，故意陷害咱们。不如先上书申辩，等陛下（此时嬴政已死，但消息被严密封锁）回复后，若是真要我等死，再死不迟！”
扶苏却摇了摇头，道：“父皇的旨意，不可违背。”言罢，他挣脱蒙恬的手，拔剑自刎。蒙恬看着扶苏的尸体，心如刀绞，却也无可奈何。使者见扶苏已死，便要蒙恬交出兵权，自杀谢罪。蒙恬不肯，说：“我蒙氏三代事秦，忠心耿耿，今日之事必有蹊跷，我要亲自回咸阳，向陛下问个明白！”使者不敢强迫他，便把他囚禁在阳周县的大牢里，又派人把兵权交给了王离。
胡亥继位后，本想放了蒙恬，毕竟蒙恬是大秦的功臣，杀了他恐怕会引起将士不满。可赵高却在胡亥面前进谗言，说：“陛下，蒙恬的弟弟蒙毅，当年曾多次在始皇帝面前诋毁您，若不除了蒙氏兄弟，他们必为后患！”胡亥本就昏庸，听赵高这么说，顿时大怒，下令处死蒙毅，又派使者去阳周，赐蒙恬毒酒。
使者到了阳周大牢，宣读了诏书。蒙恬接过毒酒，心中百感交集。他想起自己少年时在军营练箭的日子，想起自己率大军北击匈奴的辉煌，想起自己与将士们修筑长城的艰辛，想起扶苏自刎时的情景，不禁仰天长叹：“我蒙氏三代事秦，忠心耿耿，为大秦拓土千里，固边疆万里，今日却遭此横祸！我何罪于天，无过而死乎？”
使者催促道：“将军，诏书已下，还请速速饮下，不要让小臣为难。”蒙恬看着北方的方向——那里有他亲手修筑的长城，有他守护了十余年的边疆，有他并肩作战的将士。他又道：“我筑长城万余里，横跨山川，或许是挖断了地脉，这便是我的罪过吧！”言罢，他举起酒杯，将毒酒一饮而尽。
片刻后，毒性发作，蒙恬感到腹中绞痛，呼吸困难，他靠在墙壁上，双眼圆睁，望着北方，仿佛还在守护着他用毕生心血筑起的万里长城。这位为大秦奉献了一生的铁血将军，最终死在了自己效忠的朝廷手中，享年四十六岁。
蒙恬死后，消息传到九原郡，三十万秦军将士无不痛哭流涕。有的将士拔剑砍向山石，发泄心中的悲愤；有的将士跪在地上，朝着阳周的方向磕头，哭喊道：“将军，您死得冤啊！”王离虽然接管了兵权，却根本镇不住这些将士，不少将士甚至想起兵造反，为蒙恬报仇。多亏蒙恬的老部下、副将李信苦苦劝说，才勉强稳住了军心。
蒙恬虽死，他留下的长城和秦直道，却护佑了华夏数百年。汉高祖刘邦建立汉朝后，匈奴再次南下，刘邦率大军亲征，却被匈奴围困在白登城，差点丢了性命。后来，汉朝沿用秦长城，派大将卫青、霍去病北伐匈奴。卫青正是沿着秦直道进军，一日一夜奔袭数百里，出其不意地攻占了匈奴的圣地龙城，大败匈奴；霍去病更是利用秦长城作为防御依托，深入漠北，与匈奴主力决战，封狼居胥，扬大汉国威。汉武帝刘彻曾说：“若无蒙恬筑长城、修直道，我大汉岂能轻易破匈奴？蒙将军之功，不可磨灭！”
民间也流传着蒙恬的故事。传说蒙恬在守边时，见士兵们用刀在竹简上写字，又慢又费力，还容易划破手，便想办法改进。他用兔毛做笔杆，用狼毫做笔尖，又用松烟制墨，制成了最早的毛笔。后来，百姓们为了纪念他，便把毛笔称为“蒙恬笔”。。
后世史家对蒙恬的评价，虽有争议，却无不肯定他的功绩。司马迁在《史记·蒙恬列传》中说：“蒙恬北逐戎狄，收河南，筑长城，固轻百姓力矣。”他认为蒙恬修筑长城劳民伤财，加重了百姓的负担，却也承认蒙恬“为秦