公元前210年的冬天，秦始皇在老百姓的怨声载道中第五次出巡。自从统一天下之后，秦始皇为了耀武扬威，加强对全国各地控制，每隔一、二年就要“亲巡天下，周览四方”。每次出巡都要带大批的随从。作为主管皇帝车马乘舆的中车府令兼行符玺令事的赵高自然都在随行之列，这次亦不例外。
大概因此次出巡的路线是江南风景优美的吴、楚、越之故，公子胡亥也提出随父皇一起巡游。起初秦始皇表示不同意，后来在赵高的极力劝说下，才破例带他同行。这次陪同始皇巡视的还有右丞相李斯和将军蒙毅等。
不知是天意还是巧合，抑或是赵高做了手脚，秦始皇才五十开外的年纪，此次出巡竟成了他的死期末路。他在兴致勃勃地游了云梦泽（今湖北省境内）之后，又南下钱塘江，游了杭州，再到会稽山（今浙江省绍兴市东南）祭祀了大禹，又渡江北上，专门到琅邪（今山东省胶南县）求长生不老之药。但他万万没有料到，自己竟会死在巡游的旅途之中。
当秦始皇感到自己死期即将来临时，他才想起了皇位的继承问题。尽管他对儿子扶苏有意见，但他还是认为扶苏是个人才，又是老大，应当继承帝位。他立即召来赵高写好‘玺书’，命扶苏即刻返回咸阳（今陕西省咸阳市）奔丧。“玺书”交由赵高传送。但未等“玺书”送出，先皇就死在沙丘了（今河北省广宗县境内）。
秦始皇一驾崩，心怀叵测的赵高，认为自己窃权的时机到了，马上展开一系列的阴谋活动。
第一，篡改“玺书”。赵高明白，“玺书”是秦始皇传位的遗嘱，只要扶苏一到京城，皇帝位置必然就是他的。但他最不愿意的就是扶苏上台。其一，扶苏是个有本事的人，为人正直，讨厌奸佞小人，不仅看不起他，还对他有仇恨；其二，扶苏有蒙恬、蒙毅两兄弟掌握兵权的支持，一旦称帝，赵高再也无施展手段的余地，到时候只有死路一条。想到这里，赵高觉得“玺书”不仅不能发出去，而且非拆开篡改不可。那么怎样篡改呢？他早已胸有成竹，马上想到了胡亥这个无能的竖子。
第二，笼络胡亥。赵高去找胡亥时，这个懦弱无能、只知玩乐的小公子正在那里哭鼻子。但他只是感到父皇一死再也没人宠爱他了，别的并未多去考虑。赵高是个诡计多端的人，他利用“玺书”只给扶苏一人，而对胡亥等其他公子没有安排和分封这一事实去挑唆和拉拢胡亥。他一见胡亥劈头就说：“今皇上驾崩，没有留下分封公子的诏令，可是单单给大公子写一封“玺书”。大公子接到‘玺书’便会赶到咸阳当皇帝。而你没有得到分封，和平民百姓一样，该怎么办呢？”胡亥愚笨，听不出赵高话中话，只是叹息道：“这是命运决定的，有什么办法呢？英明的皇帝，睿智的父亲，既然没有分封，是有他的道理和想法的，我还有什么可说的呢？”对胡亥无能赵高早就知道，正因为他无能，赵高才相中他。赵高马上给他献计说：“你说得不对。事情并不是不可改变的。秦始皇死在途中，诸公子和蒙恬等大臣都不在这里，现在的大权全握在你与我及丞相李斯手中，一切的安排都取决于我们三人的意志，你要早作打算，我是愿意协助你的，你难道不明白统治与被统治的关系吗？你不想当皇帝吗？”胡亥听后仍然犹豫不决，怕别人骂他不仁不义。赵高接着说：“我听说商汤、周武杀了他们的君主，天下的人都说他们是仁义的，并不说他们不忠；卫国的君主杀了他自己的父亲而自立，大家都称颂他有道德……凡是干大事业的，就不能拘小节；有大德行的人，是不计较小的责备之辞的。所以顾小而忘大的人，以后必定有灾难；犹豫不决的人，以后一定要后悔；凡是果断而敢干的人，鬼神见了也要躲避，而且一定会成功，希望你就按照我的意见办吧！我是真心实意为你着想啊！”赵高凭三寸不烂之舌，终于把懦弱而胆怯的胡亥说动了。但胡亥又说：“父皇病逝的消息还没有公布，丧事还没有办，怎么好去和丞相说呢？”赵高立即说：“机会不可失啊！我马上去和丞相商量，这事没有他不行。”
第三，要挟李斯。李斯是秦始皇的亲信重臣，在朝廷中举足轻重。他足智多谋，为秦始皇统一六国出谋献策，立下很大功劳。但他利禄之心很重，是个重利薄义的人，此刻，他倒没有歪心，正在忙于处置秦始皇突然死去带来的政治危机。他已经为稳定政局想了个好主意：即对秦始皇的死秘而不宣，一切按秦始皇还活着行事，待回到京都咸阳后再宣布丧事。但他实在没有想到他的这一招正好为赵高阴谋篡权利用。
赵高作为秦始皇的宠幸，又颇多心计因此对朝中百官的情况非常了解。他知道李斯是个不大好对付的人，不采取一点办法是说服不了李斯的。他确定抓住李斯重利禄的弱点，用软硬兼施的手段对付他。
赵高独自一人去见李斯，进门就让李斯喝退左右，秘密地说：“皇帝病重时，给大公子扶苏留下一封玺书，要他到咸阳参加葬礼，继承皇位。玺书未发，皇帝就驾崩了，没有人知道这件事。玺书现在公子胡亥手中。究竟让谁继承皇位，全在丞相您和我的一句话了。就看您怎么办了！”
李斯事先的确不知此事，听后大惊失色，答道：“你怎么能说出这样的话来呢？这种乱政亡国的事不是臣子应该做的。”
赵高见李斯态度坚决，就用激将法刺他：“丞相呀，请您考虑一下，论才能、功绩、谋略您都能高过蒙恬吗？论个人的威信和与大公子扶苏的关系，您又能比得上蒙恬吗？一旦大公子当了皇帝，您和蒙恬谁能占上风，难道您还掂量不出来吗？”
李斯陷入了沉思。赵高见李斯动心了，忙接着挑逗说：“我赵高懂得一点儿秦国那些被罢免丞相和功臣的下场。他们获得的富贵都没有超过两人，其结局只有一个：就是杀头。”李斯也十分熟悉秦国的历史，此时他眼前又浮现出商鞅被“五牛分尸，人啖其肉”的可怕景象。这血淋淋的事实不能不动李斯的心。但李斯毕竟有感于秦始皇恩重，仍不愿干此大逆不道的事，顺就天命，何必另有什么打算和决定呢？
赵高的软硬兼施终于把私心很重的李斯攻垮了，李斯不愿意丢掉荣华富贵，只得向赵高屈服说：“愿意一切听从你的安排。”
就这样，在赵高的主谋下，赵高、李斯、胡亥三人配合，一场篡夺皇位继承权的“沙丘政变”，便以赵高的阴谋得逞、胡亥继任皇位而告一段落。然而，赵高的整个篡权活动却还在继续扩大。
为了让胡亥回到咸阳后顺利登基，赵高在要挟屈服李斯之后，立即毁掉原来的“玺书”，另外假造了一道立胡亥为太子的遗诏，又伪造一封假遗书给公子扶苏和蒙恬，颠倒黑白地谴责他们在边没有功绩，不孝不忠，赐他们自杀。假遗书写好后，赵高马上派人日夜兼程送到边疆，可怜扶苏守卫着边疆，却被蒙在鼓里，识不破赵高的诡计，自己接过赵高送去的剑，不明不白地做了冤鬼。老将蒙恬，经验丰富，他对这突如其来的“遗书”感到惊奇，难以理解，心中十分怀疑，所以拒绝从命，不肯自杀。赵高很狡猾，早已吩咐去的使臣，如若不从命，立即抓捕。蒙恬便被夺去军权，囚禁在阳周的监狱里。
这样，胡亥登基当皇帝的障碍扫清了。于是一回到咸阳，赵高便拥立他继承了皇位，是为秦二世。而赵高因拥立有功，跃升为郎中令，全面掌管宫中警卫，并成为胡亥的决策谋臣。