秦始皇第二次東巡回到鹹陽後，不知是由於博浪沙“為盜所驚”，還是因為尋仙求藥一無所得，抑或是由於國事繁忙？足足有兩整年的時間，皇帝的車駕沒有出鹹陽巡遊。到了第三年，即公元前215年（秦始皇三十二年），秦始皇的車隊再次離開鹹陽，巡行帝國的東北及北方邊塞。他選定的第一個巡行目標是渤海之濱的碣石（今河北樂亭附近），這顯然同他對尋仙求藥念念不忘有關。
從鹹陽至碣石，秦始皇的車隊一路要經過原韓、魏、趙、齊等國的交界地帶以及黃河所經過的地方。戰國時期，山東各國為防務上的需要，都各在邊境修了不少城郭與關塞亭障，沿黃河所修的堤防，也大多是“以鄰為壑”。這一切，常常會導致水患的發生，於交通也甚為不便，已不適應於天下一統的客觀需要。秦始皇在巡行途中，對於這些舊有的城塞和堤防給帝國與百姓帶來的障礙與禍患，心中很是討厭，於是巡行途中便下達了“壞城郭、決通堤防”的法令。這一法令的施行，對於發展我國華北地區的社會經濟和安定人民生活，無疑起到了積極的作用。
秦始皇到達碣石後，據《史記》的《秦始皇本紀》所載，他曾“使燕人盧生求羨門、高誓”、“因使韓終、侯公、石生，求仙人不死之藥”。盧生是燕地的一名方士，羨門與高誓都是傳說中的“古仙人”。可見，尋仙求藥仍是秦始皇來碣石的動機之一。而《史記·封禪書》則言：“遊碣石，考入海方士。”《集解》引服虔等人的解釋說：“疑其詐，故考之”；“考其虛實也”。秦始皇在四年前來到渤海之濱時，就有不少方士向他講海上有神仙與長生不老之藥，他也派方士入海尋找，結果總是一無所得。秦始皇的“疑其詐”、“考其虛實”是可以理解的。然而“疑”與“考”，並未能使秦始皇放棄對神仙與長生不死之藥的幻想與追求。
秦始皇是第一次來到碣石，因而在“碣石門”刻石頌德。據《秦始皇本紀》所載，刻石的“其辭曰”：遂興師旅，誅戮無道，為逆滅息。武殄暴逆，文複無罪，庶心鹹服。惠論功勞，賞及牛馬，恩肥土域。皇帝奮威，德並諸侯，初一泰平。墮壞城郭，決通川防，夷去險阻。地勢既定，黎庶無繇，天下鹹撫。男樂其疇，女修其業，事各有序。惠被諸產，久並來田，莫不安所。群臣誦烈，請刻此石，垂著儀矩。秦始皇在碣石尋仙求藥，北魏人酈道元著《水經·濡水注》，曾記載了一段有關秦始皇求仙的神話故事，故事的梗概是：
濡水東南至悗縣碣石山，今日猶有石枕於海中，如同甬道一般，長達數千裏。山頂有巨石如圓柱形，時現時沒，立於大海之中。當潮水大至之時，圓柱隱而不見；潮水退後，圓柱形巨石複出，屹立於海中，不知深淺，世代稱它為“天橋柱”。天橋柱的形狀，猶如人工造就，然而這又是人力所無法能做到的。三國時期吳國的學者韋昭也說這個圓柱形的天橋柱便是古人所說的“碣石”。《三齊略記》上說：“當年秦始皇在海中造作石橋，海神暗中幫助他豎立石柱。”始皇請求與海神相見，海神傳話說：“我形貌醜陋，相見時如不為我畫像，我便與你相見。”秦始皇答應海神所提出的條件，便入海40裏與海神相見。當見到海神時，始皇與左右隨行人員個個目瞪口呆，哪裏敢動手畫像。然而，船上隨行的“畫工”也許是職業上的關係，卻暗中用腳往船板上畫海神的圖像。海神見畫工暗自用腳為自己畫像，頓時大怒說：“皇帝違背前約，速速離去。”當秦始皇回轉乘馬登岸時，馬的前蹄方立，後蹄所踏之石當即崩塌，僅秦始皇一人得以登岸，畫工溺死於海中，眾山之石皆傾注於海。今海岸岩石仍作傾斜於海的形狀，可能就是這個緣故。