郎中令趙高，仗著二世寵幸，以私怨私仇誅殺眾人，怕大臣們入朝揭穿自己，於是遊說二世說：“天子之所以尊貴，是因為群臣只能聽到他的聲音，見不到他的真容。而且陛下現在年輕，好多事情您不熟悉，如今您坐朝斷事，難免有處理不恰當的，讓大臣們看到了您的短處，就顯不出您的神明瞭。陛下不如深居禁中，不與群臣見面，讓我和熟悉法令的侍從處理政事，有奏章來，我們就直接給他批示了。如此，則大臣不敢拿那些疑難政事來為難您，天下都稱陛下為聖主了。”二世正中下懷，於是不坐朝上班，不見大臣，只在深宮中享樂。趙高和宮廷侍臣們掌權，所有國事都由趙高決定。
趙高聽說李斯對此有怨言，於是見李斯說：“聽說東邊盜賊越來越多，但皇上一心只管徵發徭役，修建阿房宮，收集狗馬無用之物。我想要進諫，但是我地位低微，這是君侯您這樣的社稷重臣的事兒啊！您為什麼也不進諫呢？”
李斯上當，說：“是啊！我很久以來就想進諫了。但是陛下現在不坐朝上班，常居深宮之中，我想說的話，傳遞不進去，想見他，陛下又總是沒時間。”
趙高說：“如果您能進諫，我替您留意著，一看陛下有空，我就通知您，替您把信傳進去。”於是趙高趁著二世正和嬪妃們遊樂廝混的時候，派人告訴李斯：“陛下現在空閒，可以奏事。”李斯於是趕緊到宮門求見。如此搞了三回。二世大怒，說：“我平時空閒的時候挺多，丞相他不來，我每次自己稍微放鬆放鬆，他就來談正事！他是欺負我年輕嗎？他是欺負我不敢拒絕他嗎？”趙高馬上火上澆油，說：“當初沙丘之謀，丞相有份參與。如今陛下已立為帝，但丞相還是丞相，並沒有得到更大富貴。他的意思，也是希望能裂土封王。陛下不問臣，臣不敢說。丞相的長子李由，做三川郡守。而楚國盜賊陳勝等，都是三川附近郡縣的人。所以楚盜公然橫行，從三川城經過，而郡守不肯出擊。我聽說他們之間還有文書往來，但是沒有查實，所以也一直不敢跟您彙報。況且丞相在外主持工作，他的權力實際上比您大。”二世深以為然，馬上就想調查李斯，但是又怕一時找不到證據，於是下令調查三川郡守與盜匪交通往來的情狀。
李斯這時候才醒悟趙高是他的敵人，於是上書攻擊趙高說：“趙高專擅利害之權，權勢和陛下已經沒有分別。當初田常為齊簡公之相，竊取簡公的恩威，下得百姓人心，上得群臣依附，最終弒殺簡公而竊取齊國，這是天下人所共知的歷史。如今趙高有奸邪淫逸之志，危險反動之行，而其私人財富，也和當初田氏之於齊國相當，而又貪得無厭，求利不止，他的實際權力，已經超過了君主，而其慾望無窮盡，他劫持陛下的威信，他的野心，猶如當年韓玘做韓安丞相一樣。陛下如果不早做處理，臣恐怕會生變！”
二世說：“丞相何至於言此！趙高不過是個宦官，但他不因為安逸而放縱，不因為危險而變心，志行高潔，一心修善，從跟隨先帝出使到今天，一直是以他自己的努力和忠心得到提拔，一步步走到今天，始終堅持忠信守職，朕非常欣賞和信任他！而您卻懷疑他，這是為什麼呢？況且，我不信任趙高，又信任誰呢？趙高的為人，精幹清廉，強健有力，下知人情，上能適應朕，您不必懷疑他！”
二世寵愛趙高，怕李斯把他殺了，於是把李斯的話私下告訴趙高，讓他小心點。趙高說：“丞相所忌憚的就是我吧，我如果死了，丞相就可以行田常之事了！他說我是田常，他才是田常啊！”
這時候，盜賊越來越多，而關中不停地發兵向東平叛。右丞相馮去疾、左丞相李斯、將軍馮劫一起進諫說：“關東群盜並起，秦發兵誅擊，所殺死者很多很多了，但還是止不住。為什麼呢？盜賊多，都是因為我們戍邊、漕運、陸運和各種勞役太苦，而賦稅又太高啊！請陛下停止修建阿房宮，減輕四省的戍邊和陸運勞役。”
二世說：“凡貴有天下者，得肆意極欲，居君主之重位，申明法令，臣下不敢不聽，以制御四海也。而堯舜之類，貴為天子，卻親自和窮苦百姓在一起，講究所謂親民，這還算什麼天子呢？怎麼可以效法他們呢？況且先帝起於諸侯，兼併天下，天下已定，外攘四夷以安定邊境，內修宮室以彰顯得意，這些先帝的功業，你們都是親眼看到的。如今朕繼位，兩年之間，盜賊蜂起，各位不能盡責平叛，倒怪到我頭上，要停止先帝的事業，這是上無以報答先帝，下不為朕盡忠竭力，你們憑什麼還身居高位呢？！”於是下令將馮去疾、李斯、馮劫逮捕下獄，找其他罪名治他們。馮去疾、馮劫即刻自殺，只有李斯到監獄報到。二世就派趙高治李斯一案，調查李斯及其子李由的謀反情況，搜捕其宗族、賓客，全部下獄。趙高治李斯案，拷打千餘人，都扛不住刑，自己承認謀反。
李斯之所以不自殺，一是自負他的辯才，二是覺得自己有大功於秦，三是自己確實清白，沒有反心，所以想上書自陳，期待二世突然醒悟，赦免他。於是從獄中上書說：“臣為宰相治民，三十餘年矣。當初秦地狹隘，不過千里，兵數十萬。臣竭盡薄材，派遣謀臣間諜，資之金玉，使遊說諸侯；又暗中加速武裝，修明政治教化，提拔勇士戰將，尊崇有功之臣，所以終於能脅迫韓國，削弱魏國，擊破燕國、趙國，夷滅齊國、楚國，最終兼併六國，俘虜了他們的國王，立秦為天子。又北逐胡、貉，南定百越，以見秦之強。更刻畫統一度量衡及統一文字，推行天下，以樹秦之名。這些，都是臣的罪行吧！臣早就該死了，幸蒙皇上允許我繼續效力，才活到今天。希望陛下垂念啊！”
奏書遞上去，先到趙高手裡，趙高轉手就扔了，說：“一個囚犯，還有什麼資格給皇上上書！”
李斯這封信，別說沒遞給二世，遞上去也只能加速他的死刑。他把秦統一六國，以及統一之後，統一度量衡和文字的千秋功業——可以說是繼秦孝公以來秦國七代君王的功勞，全攬到自己身上，說：“此臣之罪也！”他太自我了，太自以為是了。這封書信，句句都是對秦二世殘殺功臣的控訴，這哪裡是能救自己命的求饒信啊！趙高如果給他遞上去，說：“陛下您看！我說他怨恨自己沒能封王吧！他這信上說，秦統一天下都是他乾的，都沒先帝什麼事兒，他哪裡還把陛下您放在眼裡呢？”這點狡猾趙高一定有，只是他現在覺得沒必要了，就在自己手裡解決李斯。
趙高派出他的賓客十幾人，詐稱是御史、謁者、侍中之類，往復去審問李斯。李斯以為他的奏書起作用了，皇上來核查了，據實回答，確實沒有謀反。趙高就給他上刑拷打，李斯受刑不過，就承認謀反。如此反覆多次，李斯形成條件反射，再也不敢說冤枉了。這時候，二世的使臣來審問。李斯以為跟之前一樣，直接承認謀反，結論就遞上去了。二世接報，大喜說：“幸虧有趙君啊！朕差點就被丞相出賣了！”二世派往三川調查的人，到達三川時，李由已經在和楚軍的戰鬥中戰死。（這麼說李由確實沒有謀反。）使者回來，正好李斯已經下獄，趙高就繼續誣告李由已證實謀反。於是判定李斯罪大惡極，判處五刑（先在臉上刺字，然後削掉鼻子，第三砍去雙腳腳趾，第四用鞭抽死，第五斬首，剁成肉醬），在咸陽市中腰斬。李斯被押出監獄，綁赴刑場途中，第二個兒子也一同處決，他轉頭對兒子說：“我如今再想和你牽著黃狗，出上蔡東門去追逐狡兔，不可能了！”於是父子相哭而夷滅三族。二世以趙高為丞相，政事大小全由趙高決定了。
