二世移居望夷宫，一方面远离都城朝廷，被孤立封闭起来；另一方面，他也终于离开了赵老师的直接监护，得到了解脱和自由。大概就在这个时候，有人将前方不利，赵高与楚军使者有往来的消息，传送到了二世耳中。二世不安，派遣使者到咸阳询问赵高。赵高知道事情紧急，箭已在弦上，不得不发，决定立即发动政变，诛杀二世。
赵高迅速召集弟弟赵成、女婿阎乐密谋大事，说：「皇帝不听劝谏，如今形势紧急，有意归咎于我赵氏宗族。我准备易置皇上，更立公子嬴婴。公子嬴婴仁爱俭朴，他的话百姓皆会听从。」赵成是郎中令，掌管皇帝的侍从内卫，赵高安排赵成作为内应，在望夷宫内稳住部下的郎官们待命。然而，望夷宫的宫城进出警卫，由卫尉掌管，赵高不能控制。赵高的女婿阎乐是咸阳县令，掌握咸阳县兵，望夷宫正在咸阳县所辖境内。赵高命令阎乐诈称咸阳境内有盗贼，徵发本部所辖咸阳县兵开赴望夷宫，强行攻入宫中与赵成会合，一举占领望夷宫，诛杀二世。为了万全起见，他将自己的亲家、女婿阎乐的母亲，移居到丞相府内暂住，既取安全的名目，也得人质的实在。
咸阳令阎乐以盗贼入境的名义，徵调咸阳县兵千馀人，急急来到望夷宫门前，利用门卫正副长官卫士令和卫士僕射前来交涉的时机，突然下令将二人逮捕捆绑。阎乐诈称指责说：「有盗贼进入望夷宫内，为什麽不制止？」卫士令丈二和尚摸不到头脑，厉声反问：「皇宫周围，卫士营帐环绕，宫门警卫森严，盗贼怎麽可能侵入？」阎乐不由分说，下令斩杀卫士令，带领部队强行攻入宫中。事出突然，郎官宦者大为吃惊，或者奔走，或者抵抗，抵抗者皆被杀死，死者有数十人之多。
阎乐与赵成会合，用弓箭攻击二世的居所。二世大怒，召集左右抵抗，左右皆惶恐逃避。二世逃入禁中内室，身旁始终有一宦者跟随不敢离去，二世无奈说：「你为何不早将真情告诉我，以至于事态剧变至此？」宦者回答说：「臣下不敢说话，因而得以保全。假若臣下有所进言，已经早早被诛杀，等不到今天了。」阎乐带领士兵来到二世面前，数落二世说：「足下骄奢淫逸，放纵咨肆，诛杀无辜，暴虐无道，今天下同起反叛足下，足下自己决定去向。」二世说：「能否见丞相一面？」阎乐回答说：「不可以。」二世说：「希望得到一郡之地为王。」阎乐回答不可以。二世又说：「请求得到一万户的封地为侯。」又被拒绝。二世尚存一线希望说：「愿意与妻子一道作庶人百姓，待遇比况诸位公子。」阎乐无意再听下去，说道：「臣下接受丞相的命令，为天下诛除足下。无论足下如何多说，臣下也不敢答应。」阎乐持剑逼近二世，迫使二世自杀。
二世皇帝胡亥二十岁即位，从始皇三十七年八月主政到二世三年八月自杀，刚好整整三年，享年二十三岁。二世死后，以庶人之葬仪，草草掩埋于杜县南部的宜春苑中，至今坟丘尚存，在西安市雁塔区曲江乡江池村。
四、秦帝国的落幕