李斯得知消息后，赶紧上书揭发赵高的罪行：“赵高擅自决定别人的生死祸福，权力和陛下差不多了。以前田常做齐简公的丞相，窃取国君的威望，收买人心，最后杀了齐简公，夺取齐国政权，这是天下人都知道的事。现在赵高心怀不轨，有谋反的迹象，他家的财富就像当年田氏在齐国一样多，而且他贪得无厌，权势快赶上陛下了，野心大得没边，这和当年韩玘做韩安的丞相时的情况一样危险。陛下要是不早做打算，我担心他早晚会叛乱。”秦二世却说：“别胡说！赵高本来就是宦官，却不因为处境安稳就放纵自己，也没在危险时改变忠心，一直洁身自好，靠忠诚得到提拔，靠守信保住职位，我觉得他很贤能。你为什么要怀疑他？我不依靠赵高，还能依靠谁？赵高这人廉洁能干，既了解下面的情况，又能迎合我的心意，你别瞎想了！”秦二世向来宠信赵高，担心李斯杀了他，就私下把李斯的话告诉了赵高。赵高说：“丞相最忌惮的就是我，我要是死了，他就会像田常那样谋反。”
这时候，各地盗贼越来越多，关中的秦军不断被派去东边平叛。右丞相冯去疾、左丞相李斯、将军冯劫一起进谏说：“关东盗贼纷纷起义，朝廷派兵追击，虽然杀了不少人，可还是止不住。盗贼这么多，都是因为戍守、漕运、转运、劳役太苦，赋税又太重。恳请陛下暂停阿房宫的工程，减少各地的戍守和转运任务。”秦二世却发怒说：“做天子就该随心所欲，大权在握，严明律法，让下面的人不敢作乱，这样才能统治天下。像虞舜、夏禹那样的君主，贵为天子，却亲自吃苦受累为百姓操劳，那还要律法干什么！先帝从诸侯起家，统一天下，安定边境，修建宫殿彰显功业，你们也都看到了先帝的成就。现在我即位才两年，盗贼四起，你们不但镇压不住，还想停掉先帝的工程，这对上没法报答先帝，对下不能为我尽忠，凭什么还在这个位置上！”于是把冯去疾、李斯、冯劫交给司法官吏，要查办他们的其他罪行。冯去疾和冯劫不愿受辱，自杀了，只有李斯被关进监狱。秦二世把李斯交给赵高审讯，让他交代和儿子李由谋反的罪状，还把李斯的宗族和门客全部抓了起来。赵高严刑拷打李斯，打了一千多板子，李斯实在受不了，只能含冤认罪 。
李斯没有选择自杀，是因为他自恃口才出众，又觉得自己对秦朝功劳巨大，而且确实没有谋反之心。他想着给秦二世写封奏书，详细陈述自己的情况，说不定二世看了能醒悟过来，赦免他的罪。于是在狱中写了奏书，说：“我当丞相治理百姓，已经三十多年了。当初秦国疆土狭小，不过千里，兵力也只有几十万。我竭尽所能，暗中派谋士带着金玉财宝，去各国游说；同时整顿军备，修明政教，选拔勇士为官，尊崇功臣。最终成功威胁韩国，削弱魏国，攻破燕、赵，灭掉齐、楚，兼并了六国，俘虏各国君主，让秦国统一天下。我还向北驱逐匈奴、貉族，向南平定南越，彰显秦国的强大。统一度量衡和文字，在全国推行，树立了秦国的威名。这些在我看来全是我的‘罪状’，我早就该死了！只是皇上开恩，让我能施展才能，才活到现在。希望陛下明察！”奏书递上去后，赵高让官吏直接扔掉，根本不呈报给秦二世，还说：“囚犯哪有资格上书！”
赵高还安排十几个手下，假扮成御史、谒者、侍中，轮番去审讯李斯。李斯每次都如实回答，这些人就叫人接着严刑拷打。后来秦二世真的派人来核实情况，李斯还以为和之前一样是赵高设的圈套，始终不敢改口，只能违心认罪。赵高得到口供后，上奏请求判决。秦二世一看，高兴地说：“要不是赵君，我差点被丞相骗了！”而二世派去调查三川郡守李由的人到的时候，李由已经被楚军杀了。使者回来时，正好赶上李斯被下狱治罪，赵高就胡乱编造谋反的供词，相互印证，给李斯定下了五种酷刑，最后在咸阳街头腰斩。李斯被押出监狱时，和他的二儿子一起被绑着。他回头对儿子说：“我多想再和你牵着黄狗，一起从上蔡东门出去追野兔，可现在还能办到吗！”父子俩相对痛哭，最终被灭了三族。李斯死后，秦二世任命赵高为丞相，从此大小事务都由赵高说了算。
再说项梁在东阿打败章邯后，带兵向西，往北来到定陶，又一次击败秦军。项羽和沛公刘邦在雍丘与秦军交战，大获全胜，还杀了李斯的儿子李由。接二连三的胜利让项梁越来越轻视秦军，脸上满是骄傲。宋义劝他说：“打了胜仗后，将领骄傲、士兵懈怠，一定会失败。现在士兵已经有点松懈了，而秦军却在不断增兵，我真为您担心啊。”可项梁根本听不进去。后来项梁派宋义出使齐国，宋义在路上遇到齐国使者高陵君显，就问他：“您是要去见武信君（项梁）吗？”高陵君显回答：“是啊。”宋义说：“我敢说武信君的军队必定会失败。您走慢点还能免死，走快了就会遭殃。”秦二世调集全部兵力增援章邯攻打楚军，在定陶把楚军打得大败，项梁也战死了。
当时阴雨连绵，从七月一直下到九月。项羽和沛公刘邦攻打外黄，没能攻下