於是，趙孝成王聽從了平原君計趙勝的計謀，封馮亭為華陽君，派平原君去上黨接收土地，同時派廉頗率軍駐守長平（今山西省晉城高平市），以防備秦軍來攻。
趙國接受上黨，引起秦國的不滿，秦國決定出兵攻趙。
【長平之戰的過程】
一、攻占上黨
周赧王五十四年（前261年）初，秦昭王一路軍隊攻打並占領了韓國的緱氏（今河南偃師市南）和綸氏（今河南省登封市西南），以威懾韓國。
周赧王五十五年（前260年）初，秦昭王又命令左庶長王齕率領軍隊攻打並占領了上黨。上黨的百姓紛紛逃亡到趙國境內，趙國的軍隊在長平（今山西省晉城高平市）接應上黨的百姓。
二、廉頗固守
周赧王五十五年（前260年）農曆四月，王齕向長平的趙國軍隊發動進攻，趙孝成王命令廉頗迎戰，廉頗率軍對秦軍展開進攻。趙國軍隊擊傷了秦軍的偵察兵，秦國軍隊的偵察兵斬殺了趙軍的裨將茄（音：加，裨將的名）。
周赧王五十五年（前260年）農曆六月，趙將廉頗兵敗，被秦軍攻破趙軍陣地，趙國的兩個重要據點都尉城和故穀城均被秦軍攻占，秦軍還俘虜了四名趙國的尉官。
周赧王五十五年（前260年）農曆七月，趙國的軍隊築起圍牆，堅守在營壘裏不出去應戰。於是，秦國軍隊發起強攻，奪下趙軍西邊的營壘，俘虜了兩名趙國尉官。
趙軍數戰不利，趙國的主將廉頗數次戰敗，恐一敗塗地決定依托有利地形，命令士兵固守營壘，固守不出，疲憊秦軍。任憑秦軍屢次挑戰，趙兵都堅守不出去應戰，因此，趙孝成王對於廉頗堅壁不出頗為不滿，幾次派人責備廉頗。
實際上，廉頗準備以以逸待勞的方式首先挫殺秦軍的銳勢，然後等待有利時機再出擊。然而沒想到秦國召集百萬青壯，疏通渠道，讓秦國可以直接從水路運糧，其運糧甚至比趙國更快，更暢通。而趙國卻相反，開始並沒想到變成持久戰，開戰不久就糧草匱乏，廉頗拖了兩年，導致趙國國內已經陷入無糧可食的局麵。同時將本來善於野戰的趙軍用於防守戰，讓秦軍順利包抄趙國後方，不斷騷擾趙國的糧道，讓趙國雪上加霜，完全失去了主動權，同時由於趙國外交上的失敗，導致趙國陷於外無援兵，內無糧草的死地。
三、趙國議和
當趙軍初戰失利時，趙孝成王與樓昌、虞卿等商議，想親自率領部隊與秦軍決戰。樓昌認為這樣做，無濟於事，不如派地位高的使臣去秦國議和。而虞卿則認為如果秦國決心攻打趙國，和議難成，不如派遣使者攜帶珍寶去楚國、魏國活動，使秦國畏懼各國的合縱抗秦，這樣和議才有成功的可能。但是趙孝成王采納了樓昌的建議，派鄭朱前去秦國議和。虞卿一再勸諫，說“鄭朱入秦，秦王與範睢必定隆重接待，以示天下。楚國、魏國以為趙國已經議和，必定不出兵救趙。秦國知道天下之不救趙國，則議和不能成功，議和不成，趙軍必敗。”
趙孝成王最終沒有采納虞卿的諫議，鄭朱到了秦國求和。秦國為了麻痹趙國，防止各國合縱，並爭取時間，加強軍事準備，以便給趙軍以嚴重的打擊，果然利用趙國求和的機會，對趙國使者鄭朱殷勤接待，有意向各國宣傳秦、趙已經和解，借以防止各國出兵救趙。於是趙國的處境孤立。
四、趙括上任