秦国为阻止魏国援赵，答应让韩国把垣雍（即衡雍，今河南新乡市原阳县原武镇古城村）还给魏国，离间六国合纵。
公元前年（魏十七年，楚考烈王三年，韩桓惠王十三年，赵孝成王六年，齐废王五年，周赧王五十五年，秦昭襄王四十七年，燕武成王十二年）初，秦国再次发动战争机器，秦昭襄王命左庶长王龁率军攻取上党。上党的百姓纷纷逃到赵国境内，赵孝成王命廉颇率二十多万大军救上党，在长平接应上党的百姓。[1]
[1]《史记·白起王翦列传》：（秦昭襄王）四十七年，秦使左庶长王龁攻韩，取上党。上党民走赵。赵军长平，以按据上党民。
四月，王龁向长平的赵军发动进攻，赵孝成王命廉颇迎战，秦、赵两军在空仓岭以西的山谷遭遇，长平之战爆发。初战时，赵军攻击秦军的哨兵，秦军的哨兵斩杀了赵军的裨将茄。随后，廉颇大举反击，战事扩大，秦军先用弩兵远程射击，万弩齐发，使赵军每前进一步都得付出很大的代价。紧接着，装备有矛、戟、铍的秦军主力步兵协同作战，冲击赵军阵地，赵军损失惨重。
赵军素以能征惯战著称，廉颇乃沙场老将，以勇气闻于诸侯，竟遭此失利，赵孝成王闻讯后焦躁不安，召来楼昌和虞卿商议，想亲自率军与秦军决战。楼昌认为这样做无济于事，不如派重臣去秦国议和。虞卿认为秦国已决心击败赵国，很难议和，不如派使者携带珍宝去楚国、魏国活动，使秦国畏惧天下诸侯合纵抗秦，这样议和才能进行。赵孝成王没有听从虞卿的意见，而是与平阳君赵豹相议，派遣郑朱入秦，商讨议和事宜。秦国接纳了郑朱，赵孝成王又召见虞卿商议，虞卿劝谏道：“大王的议和不能成功，赵军必定被击败。天下诸侯祝贺秦国获胜的使臣都在秦国了。郑朱是个显贵的人，他到秦国，秦王和应侯一定大加宣扬给天下诸侯看。楚、魏两国认为赵国到秦国求和，必定不会救援大王。秦国知道天下诸侯不救援大王，那么议和是不可能成功的。”秦国为了麻痹赵国，并争取时间加紧军备，以便给赵军严厉一击，果然对郑朱勤接待。应侯范雎把郑朱使秦之事大肆宣扬给诸侯使臣，又迟迟不肯与赵国和谈，还有意透漏秦、赵已经和解，防止各国出兵救赵。于是，赵国的处境更加孤立。
六月，王龁攻破赵军阵地，夺下两座障城，抓获赵军四名都尉。
七月，赵军在空仓岭（赵西壁垒）高筑围墙，坚壁不出。秦军发起攻坚战，突破高平关，俘虏赵军两名都尉，攻破赵军阵地，夺下赵西壁垒。至此，空仓岭防线易手，成为秦军的第二道防线。
秦军攻势锐不可当，赵军三战三败，损失很大，廉颇深知秦军厉害，因此立即改变策略，放弃丹水西岸阵地，全军撤退至丹水东岸，固守东壁垒，利用地形与秦军对峙，以图消耗秦军的锐气。空仓岭防线易手后，王龁率军长驱直入，深入至丹河西岸。丹河遂为秦、赵两军所共有，赵军固守丹河东岸，秦军占据丹河西岸，两军隔岸对峙。秦军在丹河以西沿山修筑壁垒（秦西壁垒），作为自己的第三道防线。
秦军屡次挑战，赵军坚守不出。秦军始终不能跨越丹河一步，王龁一筹莫展，战事陷入胶着状态。
秦军远道而来，久攻不下，战局开始对秦军不利。双方巨大规模的军事对峙给两国的后勤补给都造成了空前的压力，相传廉颇曾在东壁垒的大粮山唱筹量沙以迷惑秦军，反映出秦、赵两军都缺粮的困境。秦国的粮食主产区在关中平原、汉中盆地和江汉平原，后勤补给线漫长。赵国的粮食主产区在华北平原，但产量只有秦国的三分之一，其经济实力无法支撑如此巨大的消耗。赵国被迫向富庶的齐国求援，可是齐国不愿意借粮，因此赵国更是急于结束战争，加上阏与之战赵奢大败秦军，使得年轻气盛的赵孝成王认为如果集中兵力决一死战，秦国或许并非不可战胜。[2]赵孝成王对于廉颇畏惧秦军、怯缩不战很是不满，几次派人责备廉颇。[3]
[2]《战国策·齐二·齐攻赵长平》：赵无以食，请粟于齐，而齐不听。
[3]史记·白起王翦列传》：四月，龁因攻赵。赵使廉颇将。赵军士卒犯秦斥兵，秦斥兵斩赵裨将茄。六月，陷赵军，取二鄣四尉。七月，赵军筑垒壁而守之。秦又攻其垒，取二尉，败其阵，夺西垒壁。廉颇坚壁以待秦，秦数挑战，赵兵不出。赵王数以为。
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