与赵括一起赶到战场的还有秦国久经沙场的名将武安君白起。白起的到来采取了极端保密的措施，偷偷换下了王龁。秦昭王亲自下令，军中有敢泄露武安君为将者，立斩。这么做极其必要。倘若赵括得知秦国用白起更换了王龁，势必畏惧白疯子的威名，不敢冒然出战，也作缩头乌龟，死守丹东山上的东垒了。而这是秦人最恐惧的，因为攻坚总比防守所损伤的兵力要多出几倍，而且秦军的粮草运输也不是易事，虽然他们可以就近从上党和河内（就是河南沁阳等黄河以北太行山以南的原属韩魏的秦占领区）采办。
秦赵两军作战序列
秦军
统帅 武安君 上将军 白起
副帅 左庶长 裨将 王龁
兵力 约30万~50万人
赵军
统帅 将军 赵括
将领 上党郡守 冯亭
后力 40万~50万人
赵括为了立功露脸，决定率四十万赵军离开东垒，倾巢而出，渡过丹河，全线反击秦军，想把廉颇丢失的丹西山和山上的西垒夺回来。冯亭提出异议，竟遭到赵括的无礼拒绝，赵括顽强坚持自己的错误主张，决计对秦军发动进攻。
白起采取了针锋相对的布置：以第一线部队向赵军进攻，接战即退，诱其深入。主力部队坚守西垒，两翼配备钳攻部队，构成袋形阵地，包围赵军的盲进部分。另以强有力部队向敌侧背迂回，以夺赵军西垒，绝赵军后路，实现彻底包围。
果然，秦军的当头部队一触即溃，大部分撤上丹西山。赵括见敌军丢盔卸甲，料无伏兵，便自率三十多万步兵主攻西垒，令冯亭留守东垒接应。没想到连战数日，西垒坚如顽石，防守应变有方，无懈可击。赵括心中烦闷，正迟疑间，忽闻恶报：身后的东垒已经被秦人的二万五千奇兵所得，赵括一下子成了五家可回的人，成了夹在西垒、东垒之间的流浪汉。廉颇从前修筑的这西垒东垒，如今成了两块夹住赵军的火葬场。
原来，东垒后面（与东方的邯郸相连），有赵军的一条给养线。白起除了派二万五千人攻西垒，还命五千骑兵，强行打破东垒一个缺口，突破之后，直扑赵军的给养运输线。负责留守东垒的冯亭为了救山后的粮道，被迫分兵下垒，结果在分兵的时候军队造成巨大混乱。秦军二万五千人血战取了东垒。
冯亭丢了东垒，被赵括接住一顿大骂：“廉颇先是丢了西垒，你又丢了东垒。你要害死我啊！”
冯亭辩解：“你率大军倾巢而出，迟迟不归，我如何守得住那么长的西垒。”
两人在太阳地下互骂了半天，才慢慢发现肚子饿了起来。由于西垒攻不下，东垒又失守，赵军就被困在西垒东垒之间的丹河谷里进退不得，后勤给养线也被切断了。赵括别无选择，只好移军回去复夺东垒。秦军此时已占领了东西二垒，居高临下地防守，赵军屡战不克，粮草断绝，精疲力竭，被迫在丹河谷里重新筑壁，用以坚守，等待救兵。这时候，已经传出消息，秦军主将正是赵括无比惧怕的百战百胜的白疯子白起先生。赵括心中叫苦：“难道老天要绝我吗？怎么遇上这么一个魔鬼。我一出道，就碰上了这个克星，实在是不幸啊！”
这时候，赵括还有一个机会突围，就是奋力向南北两个方向，顺着丹河河谷南北寻找
突破口。但是赵括被白起吓破了胆，从先前的盲动进攻，变成了军事迟疑和保守，像被惊呆了的兔子一样，缩在东西垒间的河谷地带，一动不动，坐等援军，丧失及早果断突围的良机。
白起趁此良机，为了彻底实现对赵军四十万人的大包围，赶紧分兵在南北两个方向的丹河河谷里兴建长垒，试图把东西二垒连接起来，彻底把赵括钉入棺材。但我们知道，兵法云：“十则围之”，包围敌人需要比敌人十倍以上的军队才行。秦军现有人数不够，白起立刻火急向秦昭王要兵。
秦昭王刚刚在前年受了饥馑，秦国本土也刮不出更多的兵源了，就立刻亲自赶到河内，就是黄河北岸，太行山以南的中原北部地区，在那里的秦新占领区上，征发了所有十五岁以上的男子开往长平，为白起营造南北长垒。这些可怜的征夫，原本都是韩魏人，现在被拉来打赵国人了。
赵括见棺材板开始越钉越紧，却依旧迟疑，不作火速突围指令，于是四十万人坐吃山空。到了九月，赵军已经连续断炊长达四十六日之久，四十多万张嘴丹河的鱼虾、树皮、草根，根本填不饱。他们很快就被迫杀战马，以至于强壮的士兵杀死赢弱的士兵来吃，这种自相残吃不是华夏历史上的第一次，也不会是最后一次。
赵括在此期间，一直等着邯郸的救济。邯郸那边早也急了，似乎邯郸本身也没有粮食了（只剩些歌舞和麦乐迪了）。于是只好向齐国借粟。但齐王建却不肯。不肯的原因有两个，赵国多年向东发展，廉颇、蔺相如等人纷纷朝齐国发狠，攻城略地，逮弱的欺负，齐赵邦交不睦，二十齐王建长期采取置身战争之外的国策，怕惹秦国不高兴，所以坚决地加以拒绝。
赵国使者又赴魏国求救，当时孔子的六世孙子高在魏国当相国，想救助赵国。但是秦昭王早作了魏国的统战工作，许诺把垣雍割给魏人。魏国君臣都认为：邻国的失败，是我们的福气。孔子的六世孙子顺长叹说：“我看不出二十年，天下就将尽为秦所有了！”
魏国也借不来粮食，韩国被赵人独吞了上党，也不肯假以援手。于是赵括知道救兵和救济粮已经没指望了，这才决心孤注一掷，命令空着肚子、疲软之极的赵军组织突围（倘若早作突围计划，而不是由于畏惧白起而迟至今日，赵军当能以壮烈牺牲一部分掩护部队为代价，实现大多数人的顺利突围的，而不至于全军被虏。古代这种成功突围的例子还是满多了。当时通讯不发达，白起不可能把四个方面防军布置的滴水不露，赵括找到一个突破口出去当不难）。
赵括选择了秦军四个方面的壁垒的某一个作为突破对象，把所有能够拿起武器的人分为四队，周而复始地以血肉之躯去冲击敌人密集的弩箭。可是白起指挥防守能力一点不比攻坚能力弱，而且秦军早就把周长百多里的壁垒铸成，赵军苦战终日，一直不能突破秦垒。赵括军队被困在狭窄的河谷当中，回旋余地很小，只能小批量周而复始用兵，形成不了对秦垒的强大威胁。
赵括知道今日不能突围，那就只有死路一条，于是亲自上阵搏战，坐在战车里狂呼猛冲，他的那帮少壮派的亲信都跟着他。结果一箭当胸射在了赵括这个可恨又可怜的家伙身上。赵括狂叫一声，吐血三两，被当场射杀在敌军垒前。
四十万赵军见主帅已亡，再无斗志，全部向武安君投降。长平大会战至此结束，自四月至九月，用时近半年，双方前后共投入兵力超过一百万，最后以四十五万赵军全军覆没告终（廉颇赔了五万，赵括送了四十）。在这场战役里，白起突破了传统兵法里“军不十不围”的束缚，大胆依靠有利地形，以相近兵力包围敌军并予以全歼，创造了军事史上的经典战例，充分印证了那句名言：一头狮子带领的一群绵羊，可以打败一头绵羊带领的一群狮子。