天下大乱
前210年秦二世胡亥即位。他进一步加重对农民的剥削和压迫，以“税民深者为明吏”，以“杀人众者为忠臣”。他令农民增交菽粟刍藁，自备粮食，转输至咸阳，供官吏、军队以至于狗马禽兽的需要。他继续修建阿房宫，继续发民远戍。徭役征发的对象进一步扩大，农民的困苦达于极点，大规模的农民起义已经到一触即发的地步。在农民酝酿反秦的时候，潜伏着的六国旧贵族残余势力也在俟机进行分裂活动。秦始皇三十六年（公元前211年），东郡出现“始皇帝死而地分”的刻辞，就是这种分裂活动的征兆。
秦二世元年（公元前209年）七月，一队开赴渔阳（今北京密云）的闾左戍卒九百人，遇雨停留在大泽乡（今安徽宿县境），不能如期赶到渔阳戍地。秦法规定“失期当斩”，戍卒们面临着死刑的威胁。但根据出土1975年的《睡虎地秦简》，“失期”仅为城旦的处罚，所以此处存在异议。于是，在陈胜、吴广的领导下，在大泽乡举起了中国历史上第一次大规模农民起义的旗帜。陈胜，吴广他们杀押送他们的秦尉，率领戍卒，用已被赐死的秦公子扶苏和已故楚将项燕的名义，号召农民反秦。附近农民斩木揭竿纷纷参加起义。起义军分兵东进，主力则向西进攻，连下今豫东、皖北的铚、酂、苦、柘、谯（分别在今安徽宿县，河南永城、鹿邑、柘城，安徽亳县境）诸县。当他们推进到陈（今河南淮阳）的时候，已是一支数万人的声势浩大的队伍了。在起义军的影响下，许多郡县的农民杀掉守令，响应陈胜；特别是在旧楚国境中，数千人为聚者到处可见。一些潜藏民间的六国旧贵族、游士、儒生，也都乘机来归，凭借旧
日的地位，在农民军中发挥影响。游士张耳、陈馀甚至劝陈胜派人“立六国后”，被陈胜断然拒绝。陈胜自立为“张楚王”，分兵三路攻秦：吴广为“假王”，西击荥阳；武臣北进赵地；魏人周巿攻魏地。吴广军在荥阳被阻，陈胜加派周文西击秦。周文军很快发展到车千乘，卒数十万人，进抵关中的戏（今陕西临潼境），逼近咸阳。秦二世慌忙发修骊山陵墓的刑徒为兵，以少府章邯率兵应战，打败周文军。周巿在魏地立旧魏贵族魏咎为魏王，自为魏丞相，并派人到陈胜那里迎接魏咎。旧贵族的势力很活跃，涣散了农民起义队伍。陈胜缺乏经验，决心不够，眼看着分裂局面的形成。陈胜周围也出现了不团结的现象。
秦将章邯军连败周文，周文自杀。章邯又东逼荥阳，吴广部将田臧杀吴广，迎击章邯，一战败死。章邯进到陈，陈胜败退到下城父（今安徽涡阳东南），被叛徒庄贾杀死，陈县失守。陈胜部将吕臣率领一支“苍头军”英勇接战，收复陈县，处决了庄贾。陈胜作为反秦的先驱者，领导起义只有半年就失败了，但是反秦的浪潮却被他激起，继续不断地冲击秦的统治。
灭秦战争
陈胜起义后，旧楚名将项燕之子项梁和项梁侄项羽在吴（今江苏苏州）杀掉秦会稽郡守，起兵响应。不久项梁率领八千子弟兵渡江北上，队伍扩大到六七万人，连战获胜。闽越贵族无诸和摇也率领族人，跟着秦番阳令吴芮反秦。原沛县亭长刘邦和一部分刑徒逃亡山泽，也袭击沛令起事，归入项梁军中。项梁立楚怀王之孙为楚王。以后，项梁在定陶败死，秦章邯军转戈北上，渡河击赵。
这时，代替蒙恬戍守朔方边塞的王离，也率大军由上郡（治今陕西榆林东南）东出，包围了张耳和赵王歇驻守的巨鹿城（今河北平乡境）。楚王派宋义、项羽救赵，派刘邦西入关中。宋义北至安阳，逗留不进。项羽杀宋义，引兵渡漳河，经过激战，解巨鹿之围，被推为诸侯上将军。以后，秦将章邯率二十万人向他投降。刘邦迂回进入武关，到达咸阳附近。那时秦二世已被赵高杀死，继立的子婴贬去帝号，称秦王，向刘邦投降。刘邦攻占咸阳，秦亡。刘邦废除秦的苛法，只约法三章：“杀人者死，伤人及盗抵罪”，深得秦人拥护。
楚汉之争
刘邦入咸阳后，项羽也立即率军入关，驻鸿门，然后进入咸阳，大肆烧杀掠夺。他在诸王并立的既成局面下，自立为西楚霸王，都彭城（今江苏省徐州），建立了西楚（公元前206－前202年）。被项羽逼处巴蜀一隅为汉王的刘邦，公元前206年五月，乘机进入关中，败项羽所封关中三王。接着领军东出，远袭彭城，遭到惨败；于是退守于荥阳、成皋之间，与项羽相持并巩固了关中后方，又联络反对项羽的力量，终于拖垮了项羽。公元前202年，刘邦与韩信、彭越、英布等会攻项羽，项羽兵败垓下（今安徽灵璧境），退至乌江（今安徽省和县）自刎，年仅31岁。尸体被吕马童、杨武、吕胜、杨喜、王翳分割。
楚汉之战是由秦末农民战争直接演变而来的。农民战争虽然胜利地推翻了秦朝，但曾经是农民战争领袖的刘邦和项羽，却不得不逐步转化为封建统治权的角逐者。刘邦知人善任，因势利导，终于战胜项羽，登上了西汉统一王朝的皇帝宝座。
秦始皇自命“始皇帝”的时候，一心想让秦朝的统治千秋万代延绵不休，但他决没想到，仅仅14年之后，才传到第三个皇帝时秦朝就灭亡了。尽管他采取了种种巩固统治的措施，但他的独裁专制、横征暴敛，早已埋下了祸根。他征发了30多万人筑阿房宫，又动用大量人力财力修骊山墓。频繁的战争、庞大的官僚机构、连续的大兴土木，动摇了统治基础，人民不堪重负，痛苦到了极点。
公元前209年陈胜、吴广领导的农民起义爆发，是中国历史上的第一次农民起义，影响极为深远。公元前207年11月左右，秦朝被推翻。由于过去的割据局面所造成的影响，反秦过程中重新出现了分裂的倾向。在接踵而来的争夺统治权的楚汉之争中，汉胜楚败，使分裂形势得到控制，统一了国家。继秦之后，又一个中央集权的王朝就这样建立了。
天下一统
公元前202年二月，刘邦大军行至汜水之阳(今属山东定陶)时，楚王韩信、淮南王英布、梁王彭越、衡山王吴芮、赵王张敖、燕王臧荼等诸侯王联合上书，请求刘邦称帝。经过几次谦让后刘邦才答应：“诸侯王幸以为便于天下之民，则可矣。”于是，二月初三在“汜水之阳”的定陶（今山东省定陶县）称帝，建国号为汉，史称西汉。
刘邦原想定都洛阳，后来娄敬向刘邦指出：应定都关中。娄敬详细地分析了将国都定关中的好处使刘邦下定决心，并拜娄敬为奉春君，赐姓刘氏，当天即下令定都关中。刘邦车驾由洛阳入居关中，开始先在秦国旧都栎阳暂居，同时命少府阳城延在原秦都咸阳以东的长安乡修建新城，至汉高祖七年（前200年）二月，始具规模，首都从栎阳迁往长安。自此长安成为西汉政治中心。