趙高與胡亥、李斯一行回到鹹陽，安葬了秦始皇，胡亥即位，是為秦二世，而實權卻掌握在趙高的手裏，二世對他言聽計從。在趙高的攛掇下，二世打算誅殺蒙氏兄弟。他哥哥的兒子子嬰（後為秦三世）勸諫道：“趙王趙遷殺李牧而用顏聚，齊王田建殺他前代的忠臣而用後勝，結果都亡國了。蒙氏兄弟是秦國的重臣、謀士，陛下卻打算一下子就把他們拋棄、除掉。似此誅殺忠臣而扶立節操品行不端的人，在內會失去群臣的信任，在外會使將士們軍心渙散！”但是二世不聽從勸告，隨即殺掉了蒙毅，並還要殺蒙恬。蒙恬說：“自我的先人起直至子孫，在秦國建立功業和忠信已有三代。如今我領兵30多萬，身體雖然被囚禁，但我的勢力仍然足以謀反。可是我知道自己必定得死卻還要奉守節義，是因為我不敢辱沒祖先之教，並表示我不忘先帝的恩德啊！”於是服藥而死。
秦二世昏庸無能，毫無誌向，隻想在貪圖享樂中度過一生。奸臣趙高又給他使壞點子了。趙高說：“陛下想好好享受人生，本來是正確的，可是還有些事情沒有辦完。沙丘奪權之謀，各位公子和大臣都有所懷疑。而各位公子都是您的哥哥，大臣又都是先帝設置的。如今陛下剛剛即位，這些公子臣僚正憤憤不平，恐怕會發生事端。我尚且戰戰栗栗，生怕不得好死，陛下又怎麼能夠這樣毫無顧忌和憂患呢？”秦二世一聽，馬上驚恐得臉色蒼白、六神無主，連忙問他怎麼辦。趙高說：“陛下應嚴刑峻法，使有罪的人株連他人，這樣即可將大臣及皇族殺盡，然後搜羅提拔遺民，使貧窮者富裕起來、卑賤者高貴起來。並把先帝過去任用的臣僚全都剪除，再任用陛下您自己的親信。這樣，他們就會暗中感念你的恩德。禍害被鏟除、奸謀遭堵塞，群臣沒有不蒙受您的雨露潤澤、大恩厚德的。直到那時，陛下才可以高枕無憂地縱情享樂了！”
秦二世認為他說得有道理，於是便修訂法律，使之更加嚴厲苛刻，凡朝中大臣、各位公子犯了罪，總是交給趙高去審訊懲辦。就這樣，先後有12位皇子在鹹陽街市上被斬首示眾，10位公主在杜縣被分裂肢體而死，他們的財產全部充公。而他們都是胡亥的親哥哥、姐姐啊！在這些事件中受到株連的，更是數不勝數。二世時期比始皇時期更加殘暴黑暗，也加速了秦朝的滅亡。
當時趙高的職務尚是郎中令。他政治道路上最大的眼中釘還是左丞相李斯，無論成就、資曆、地位、聲望，他都遠遠不如李，他一直想拔掉李。再說他平時自恃受皇帝寵幸而橫行霸道，出於私怨殺了太多人，也恐怕包括李斯在內的要臣們（李作為丞相還是諸臣之首）在朝廷奏報政務時揭其老底，就勸說秦二世幹脆不再坐朝接見大臣，常常住在深宮裏欣賞歌舞，飲酒淫樂。而由趙高侍奉左右，獨攬大權，處決一切事務。但李斯對此持有異議。趙便去會見李，先是稱讚了他的忠心愛國，並建議他單獨進宮覲見皇帝，奏議國事。李以為然，卻不知有詐。當他在趙高的引領下幾次三番去見二世時，二世正在與一群美女尋歡作樂，便很不耐煩，也很不高興。趙高在旁趁機大進讒言，說了李斯許多“莫須有”的壞話。二世想查辦丞相，卻又擔心沒有證據。正在他猶豫時，李斯又立即上奏揭發趙高獨斷專行的狼子野心。二世卻護著趙高，不讓李斯等人彈劾他，並暗中把李斯的話告訴了他。
由於秦二世的暴政酷刑、賦役繁重，老百姓不堪其苦，關東（函穀關以東，今中原、齊楚一帶）的盜賊（其實是農民起義，包括陳勝、吳廣及其餘部）日益增多。而朝廷無休止地征發關中（函穀關內，今陝西一帶）士兵去攻打盜賊。左丞相李斯、右丞相馮去疾、將軍馮劫大力進諫，認為盜賊蜂起，主要原因是兵役徭役、賦稅攤派太重，建議皇帝減少賦役。這回激怒了秦二世，將他們狠狠謾罵了一通，並把他們三人押送給司法官吏，審理責罰他們的罪過。二馮絕望自殺，天真的李斯下獄。
秦二世將此案全權交與趙高處理，以查究李斯與其子李由的所謂“謀反”一事，將其家族、賓客全部逮捕。趙懲治李毫不留情，先狠狠打他一千餘板，後者忍受不了痛苦，隻得屈打成招。可李斯一時還不想自殺，因為他尚心存一絲幻想。他自認為能言善辯，功勞卓著，且並無反叛之念。他準備上書為自己辯解，希望二世能醒悟，赦免自己。於是他在獄中洋洋灑灑寫了篇很長的奏疏，回顧自己的輝煌一生與勞苦功高，很有些倚老賣老、大肆炫耀之意，無非是希望皇帝能看在他過去的份上，放他一馬。可他太天真又太糊塗了，今日不是當年，二世不是始皇，凶殘的趙高就是要致他於死地，而胡亥隻是一個昏庸的草包。奏疏上呈後，根本還沒到胡亥手裏，就被趙高命獄吏丟在一邊，並說：“囚犯哪有權力上書？”趙又派其門客若幹人，先後冒充禦史、謁者、侍中，輪番審訊李斯。李則翻供以實情對答，趙便動輒讓人嚴厲拷打他。後來二世派人去驗證李斯的供詞，李以為還與以前一樣，便一直不敢更改口供，在供詞上承認了自己的罪狀。判決書呈上後，二世高興地說：“如果沒有老趙你，我幾乎就被這廝出賣了！”
李斯的長子李由時任三川郡守。當朝廷派去調查他的人到達三川時，李由已被楚軍殺死了。使者回來，正逢李斯被交給司法官吏審問。若是實情相告，趙高所謂的“李氏父子串通盜賊謀反”一說便不成立。趙於是捏造了李由的罪證，與李斯的罪狀合在一起，判處李斯死刑，在鹹陽街市上腰斬。李走出監獄，與其次子一同被押解。他回頭對兒子說：“我真想和你重牽黃狗，共同出上蔡東門去追逐狡兔。”李家三族的人也都被殺盡。二世任命趙高為丞相，事無大小，都由他自行決斷。趙高成了中國曆史上第一位最有權勢的宦官。
奸相趙高獨秉朝政，峻法嚴刑，誅戮異己。但他又擔心群臣不服，於是先行試探。一天上朝時，他牽來一隻鹿獻給二世說：“這是一匹名貴的馬啊！”胡亥笑道：“丞相開玩笑吧？竟把鹿說成馬。”趙又詢問侍立左右的大臣，有的沉默，有的迎合他也說是馬，有的爽直便說是鹿。於是，趙高暗中將那些說是鹿的人一一陷害致死了。此後群臣都害怕他，噤若寒蟬，再也沒有人敢議論他的過錯。這就是“指鹿為馬”的典故。
以前趙高老說關東的盜賊成不了大事，搖撼不動大秦朝廷。等到“西楚霸王”項羽俘獲秦將王離等人，而名將章邯等人的軍隊也多次被打敗時，趙高隻得上書請求增兵援助。這時，函穀關以東的中原大部分地區，都紛紛背叛秦朝，響應諸侯。諸侯也都各自統率部眾向西進攻。又因為在巨鹿大戰中，章邯請求朝廷增援，趙高卻想推卸責任，不願意發兵，還反說章“縱敵玩寇”。章邯進退失據，沒有別的選擇，隻好向項羽投降。秦軍大為削弱，岌岌可危。
公元前207年8月，沛公劉邦的人馬攻打武關（今陝西丹鳳縣境內），離鹹陽已不遠了。趙高恐怕二世發怒，招致殺身之禍，就托病在家，不去上朝。