秦始皇称帝后，频繁用兵，开疆拓地。二十六年至三十三年，调发数十万人，三攻岭南，占领百越之地（今广东、广西及越南北部）。又派大将蒙恬率领30万军队北击匈奴，收复被匈奴占据的河南地（今内蒙古河套南伊克昭盟一带），迫匈奴退往阴山以北。为了防止匈奴的侵扰，他把昔日秦、赵、燕所筑的长城加以修缮，连接成西起甘肃临洮，东至辽东的万里长城。秦始皇又南征百越，设置了闽中、南海、桂林、象郡四郡，建立起一个以汉族为主体的、多民族的封建专制中央集权的大帝国，疆域东至海暨朝鲜，西至临洮、羌中，南至北向户，北据河为塞，并（傍）阴山至辽东。对中国历史的发展作出了重要贡献。
为了加强手中的权力，秦始皇采取了中央集权的政体，否定了丞相王绾提出的恢复分封制的主张，实行郡县制，分天下为36郡，后又增至40多郡。郡置郡守，县置县令，中央设立三公九卿，协助皇帝处理政治、军事、经济等事务。这一政治体制加强了皇帝对政权的控制，开创了专制主义的中央集权，为后来的历代封建王朝所沿袭。
为巩固中央统治，秦始皇下令收缴天下兵器，并将六国贵族和豪富12万户迁到咸阳附近和四川等地，以便控制。同时以咸阳为中心，修筑了两条驰道：一条东通海边;一条南入吴楚，以便一旦发生叛乱，迅速调动军队镇压。秦始皇还多次到各地巡游，以威服海内。
在经济上，秦始皇于公元前216年发布命令，使黔首自实田，确认土地私有制度，又下令统一货币和度量衡，以加强各地区的经济交流。
在思想领域，秦始皇为了打击儒生淳于越等反对郡县制的言论，稳定民心，维护皇帝的权威，他采纳了李斯的主张，下令除了医药、卜筮、种植（指农业）之书、秦国史书和博士官收藏的《诗》、《书》、《百家语》等外，其它书籍一律烧毁。次年，又因为方士侯生、卢生违命叛逃，秦始皇下令追究方士、儒生的罪行。结果活埋400多名儒生，制造了历史上第一个焚书坑儒事件。
秦始皇统一全国后，大兴土木，修建宫殿和陵墓。仅阿房宫和骊山墓两项工程，就动用了70余万人力，给劳动人民带来繁赋重役和饥寒交迫，激起人民起来反抗，为秦朝的迅速灭亡种下祸根。
秦始皇三十七年（前210年），秦始皇在第五次巡游途中患病，七月死于沙丘平台（今河北平乡东北）。死后不入，即爆发了大规模的农民起义战争。
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