其實，趙高此時還沒有與李斯透露立胡亥為帝的想法。趙高明白，李斯雖然也做過一些不光彩的事情，基本上還是一個正派之人，如果不抓住他的弱點，是不肯就範的。打定主意以後，趙高遂去勸說李斯。一開始，李斯還以忠於君事自命，趙高見好言相勸無效，冷笑一聲說：“扶蘇回鹹陽後必然登位稱帝，寵信蒙恬兄弟，任其為相。無論從才能、功勞、謀略、聲望以及和扶蘇的私人情誼來說，恐怕你都比不過蒙恬吧？這樣一來，不僅你個人的榮華富貴沒有了，子孫後代也將受到影響。現在公子胡亥就在此地，而且公子向來輕錢財，重人才，皇上所有的公子中沒有人能比得上他。如果我們一起擁立公子為皇上，將來肯定會重用我們。”最終，為了保住相位，李斯同意了趙高的辦法。
趙高三人狼狽為奸，對眾大臣宣稱始皇臨死前立下遺詔，傳位於胡亥，並任命李斯和趙高二人為相。為了趕盡殺絕，趙高又偽造了給扶蘇的詔書，詔書的大意是，扶蘇和蒙恬兩人帶兵屯邊已十多年了，不但軍事上沒有絲毫進展，反而死亡了很多士兵。作為監軍，扶蘇沒有立尺寸之功，反而多次上書對我進行誹謗，心存怨恨。作為人子，實屬不孝之至，賜劍令自殺。將軍蒙恬，長期與扶蘇共事，不能幫助扶蘇，反而參與他的陰謀活動，作為人臣不知盡忠，賜死。”他們將詔書蓋上玉璽後，派胡亥的親信為使者，將信送給扶蘇。
使者向扶蘇宣讀秦始皇（趙高）的詔書後，扶蘇大哭不止，回到內屋就要拔劍自殺。蒙恬勸他說詔書可能有假，扶蘇不聽，最終自殺身亡。蒙恬對使者的詔書表示懷疑，不肯自殺，使者命法吏把他關押到牢房中。
秦始皇死的時候正是農曆七月，天氣炎熱，屍體很快就腐爛了。為了掩蓋屍臭，趙高命人在車裏裝滿鮑魚，使人以為這是鮑魚的味道。當趙高等人行至鹹陽城外時，傳來扶蘇自殺的消息，胡亥等人非常高興，他們知道奪嗣已經成功。一進鹹陽城，胡亥就宣布了秦始皇的死訊，並公開舉喪，並且順利登上皇位，史稱秦二世。
有史學家認為，無論是從秦始皇生前死後趙高的言行、以後的種種行為，還是他與扶蘇、蒙恬、胡亥、李斯等人之間的利害關係來看，趙高謀害始皇的可能性很大。
第一，趙高有謀害秦始皇的機會。當時秦始皇養病的沙丘宮本是殷封王豢養禽獸的處所，四周荒涼，宮室空曠。戰國時期的趙武靈王曾被困於此，最後活活餓死。可以想像沙丘宮是個與外隔絕的所在。這樣的環境，加上趙高的特殊身份，謀害秦始皇的可能性不可謂不大。
第二，趙高謀害秦始皇對自己有利。趙高與蒙恬、蒙毅兄弟有怨。趙高曾經犯過大罪，當時秦始皇派蒙毅審理，雖然趙高百般抵賴並且設法利誘，但秉公執法的蒙毅還是判了趙高死罪。由於種種原因，秦始皇後來赦免了趙高。從此，趙高對蒙氏兄弟恨之入骨。當時的情況是，如果扶蘇即位，與其交往甚密的蒙氏兄弟必將受寵，蒙氏兄弟向來不恥趙高所為，很可能重提舊事，勸說扶蘇誅殺趙高。此時趙高壓製扶蘇、扶持胡亥不僅可以保住性命，而且日後還可以找機會除掉蒙氏兄弟。所以，趙高可能為了自身安危而謀害秦始皇。
也有人說，趙高是騎虎難下，無奈之際謀害了秦始皇。他們認為，秦始皇並非像史記中說的那樣還沒等詔書封上口就死了，而是隨後出現了好轉的跡象。但此時，趙高等的陰謀已經開始實施了。也就是說，如果秦始皇病情有所好轉，得知詔書未發，趙高肯定會被處死。為了防止秦始皇好轉後被殺，趙高一不做二不休，把秦始皇殺害了。
那麼，秦始皇到底是不是被謀害的呢？如果是被謀害的話，凶手又是誰呢？我們認為，雖然殺害秦始皇對趙高來說自有其道理，但是聯係當時的情況，趙高不可能也不敢謀害秦始皇。試想一下，秦始皇既然能口傳遺詔，可見雖然有病，但頭腦仍然清醒，而且皇上身邊自然有人守護，隻要秦始皇一聲令下，那些守護者就會將趙高亂刃分屍。因此，我們認為趙高不會冒此大險謀害秦始皇。