公元前224年，秦王政召集群臣，商议灭楚大计，王翦认为“非六十万人不可”，李信则认为“不过二十万人”便可打败楚国，秦王政大喜，认为王翦老不堪用，便派李信和蒙恬率兵二十万，南下伐楚。王翦因此称病辞朝，回归故里。
不久，楚军故意示弱，且战且退，保留精锐部队从后突袭李信，大破秦军两营兵力，斩杀秦军七个都尉，是为秦灭六国期间少有的败仗之一。
秦王政听到这个消息，大为震怒，亲自乘快车奔往频阳，见到王翦道歉说：“我由于没采用您的计策，李信果然使秦军蒙受了耻辱。听说楚军正在 一天天向西逼进，将军虽然染病在身。难道忍心抛弃我吗？”王翦推托说“：老臣病弱体衰，昏聩无用，希望大王另选良将。”秦王政再次致歉说：“好了，请将军 不要再说什么了！”王翦就说：“大王一定要用我，非给我六十万士兵不可。”秦王政满口答应：“听将军的了就是。”于是王翦统领六十万大军启程，秦王政自送霸上，王翦因手握六十万重兵，出征时向秦王“请美田宅园池甚众”、“以请田宅为子孙业耳”，秦王政大笑;出关前，又连续五次求赐美田，连部下也开始担心会不会太过份，王翦才说出了自 己的用意：“夫秦王而不信人。今空秦国甲士而专委于我，我不多请田宅为子孙业以自坚，顾令秦王坐而疑我邪？”意思是说秦王嬴政生性多疑，如今秦国全国士 兵尽交到自己手中，此时唯有向秦王诸多要求，才可以表明自己除了金钱以外别无他求，借此消除秦王怕他拥兵自立的疑惧。
公元前224年，王翦领兵伐楚，大军抵达楚国国境之后整整一年坚壁不出，六十万士兵都囤积起来休养生息，甚至每天比赛投石以作娱乐。楚军因为兵少而无可奈何，一年后终于按捺不住，正当楚军在调动之际，王翦就率兵出击大破楚军，杀项燕于蕲，虏楚王负刍，平定楚国。随后又南征百越，取得胜利，因功晋封武成侯。王翦之子王贲，也以战功著名，燕国就是被王翦、王贲两父子合力破灭的。
公元前221年，秦国兼并了所有的诸侯国，统一了天下，王翦和蒙恬立的战功最大，美名流传至后世。