秦昭王得知赵军主力的粮道被截断，顿时大喜过望，立刻出发亲自来到河内郡。到得地头，他命加封当地所有百姓爵位一级，并同时征调全国十五岁以上的青壮年集中到长平战场，拦截赵国的援军和粮运，下定决心要留下被白起率军团团包围的四十余万赵军。
时间来到公元前260年9月，赵国虽多次派出部队欲解救被围困的赵军主力，但秦军在白起指挥下从容应对，完全没给赵孝成王任何机会。孤立无援被围困的赵军将士已经断粮整整四十六天，马匹早已吃完了，士兵们已经开始相互残杀为食，惨状令人不忍目睹。主将赵括被逼无奈，便将剩余的赵军组织成四支突围部队，轮番冲击了秦军包围圈，但困厄已久的赵军哪里还是秦人的对手，连冲四、五次完全突围无望，绝望的赵括亲率最后一支精兵意图强行突围，也被秦军乱箭射死。
赵国军队见到赵括已死，已无主将指挥，整整四十余万士兵便向白起投降。白起和部下众将商议后，做出了中国古代战争史上极为知名的决策，遂命令秦国军队受降，随后将四十万赵国降兵全部活埋，只留下年纪尚小的240名士兵放回赵国！！！
四十万人！！哪怕一个人站着算一个平米，他们也能站满一个长两千米、宽两百米的巨大空间，居然就这样被白起给埋了！！！后来的唐代，在现在的山西省高平市市西2。5公里的谷口村修建了一座骷髅庙，以纪念此战中被活埋的赵军将士。因为这里杀人太多，之后当地老百姓将之称为杀谷。唐明皇幸潞见头颅似山，便命官员择骷髅庙一座，此庙分正殿和东西耳殿，把村南之山改为头颅山，更杀谷为省冤谷。骷髅庙以祭祀四十万被坑杀赵卒之先灵。
至此长平之战结束，秦国军队前后共斩杀赵国士兵四十五万余人，赵军总指挥赵括也已战死。消息传回，赵国上下恸哭不止，无数家庭痛失亲人。当然，获胜的秦军也伤亡大半，国内一度空虚，长平之战终于以秦国大获全胜而告终。此战后，赵国彻底元气大伤，再也无力单独和秦国全方位对抗。而赵孝成王虽然后悔没有听从平阳君赵豹的建议，但是因为赵括的母亲先前阻止赵括出征时说的话，没有诛杀赵括之母。
长平之战，秦军取得了巨大胜利，大大地削弱了赵国，也为秦国最终完成统一创造了有利的条件。在长平之战胜利后，武安侯白起又分秦军为三路，继续扩张战果。其中命王龁率一军攻占赵国的皮牢，命司马梗率一军北上夺取太原，白起本人则亲率大军准备攻打赵国首都邯郸，想一举灭亡赵国。
秦军东取武安、北占太原，令韩、赵两国都异常恐惧，于是赵国与韩国合谋，派出使者携带重金赴秦，游说范雎。范雎被赵国使者说服，便向秦王建议接受议和，秦王考虑到此时确实国内虚弱，便采纳了范雎的意见，允许韩国割垣雍，赵国割六城，达成和议，三国于公元前259年1月暂时罢兵。
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