秦始皇在统一后的十一年中，在全国进行了五次巡行。“亲巡天下，周览远方”，以此宣扬皇帝的威严和功业，加强对全国的控制。
公元前220年，即统一后的第二年，秦始皇开始了他的第一次巡行。由咸阳向西，经陇西地区到鸡头山（今甘肃平凉西），然后返回咸阳。这次要西巡，是因为秦起家于西方，秦穆公时称霸西戎，秦孝公时又曾移风易俗。如今天下一统，秦始皇要把“皇威”通过巡行影响到西部地区，尤其是使西部地区居住的各少数民族能够安于臣服，以此来安定秦国的后院。
公元前219年，秦始皇进行了第二次出巡，向东和东南巡行。这次出行的地区是原来六国的地域。并一直东行到齐地的邹峰山（今山东邹县南），登泰山举行“封禅”大典，并刻石碑，颂扬秦统一天下的功德。之后，从琅玡南行到彭城，听说象征权力的周鼎沉没于泗水之中，秦始皇沐浴斋戒，下令一千人下水寻找周鼎，结果一无所获。又南下渡淮水到达衡山、南郡。又浮江南行，至湘山祠，遇风浪不能渡江，以为是湘君所阻，便使刑徒三千人“伐湘山树”，演出了一场人神大战的闹剧，以显示他可以与神搏斗，用以神化自己的皇权。然后由南郡经过武关回到咸阳。
公元前218年，秦始皇进行了第三次巡行，这次他仍然向东。这说明东部地区在统一后并不稳固。当巡行到阳武博浪沙时，遭到了原韩国公子张良和力士的阻击，以铁锥误中副车，阻击未遂后逃走。秦始皇为此下令天下搜查十天。又继续东行，然后转向西北，经过赵国故地，沿漳水、过上党郡回到咸阳。
公元前215年，秦始皇进行了第四次巡行。路经原韩、赵、魏、齐、燕等故地，东达碣石。一路上看到各地仍然保留着割据时期的城防和“以邻为壑”的堤防，他觉得这样不利于中央集权的巩固，因此在巡行中下令拆除。到碣石后，在刻石中特著其功：“皇帝奋威，德并诸侯，初一太明，堕坏城郭，决通川防，夷去险阻。”
返回时，由碣石西向，经过右北平、渔阳、上谷、代郡、雁门、云中至上郡，一路考察了北方与匈奴接壤的边境，为北伐匈奴做了充分的准备，然后回到咸阳，随即派蒙恬率军北伐匈奴。
公元前210年，秦始皇进行了第五次巡行，这也是他有生以来最后一次巡行。秦始皇由丞相李斯、中车府令赵高及其少子胡亥随同巡行，方向是向东南地区。由咸阳出武关至云梦，再沿长江东下，经丹阳到钱塘，在浙江改由狭中（今浙江富阳县）渡水登会稽山，祭祀大禹并刻石。又从会稽北上，由江乘（今江苏镇江北）渡江，经海路北上琅玡，取道临淄西归。行至平原津（今山东平原县南）得了重病，因为秦始皇怕死，更忌讳说死字，因此群臣“莫敢言死事”。秦始皇病情日益加重，最后只好安排后事，令中车府令赵高给在蒙恬军中的公子扶苏写信，叫他赶回咸阳参加葬礼，信还没有交给使者送出，始皇便于七月丙寅日死于沙丘平台（今河北巨鹿东南），终年50岁。赵高、李斯和胡亥趁秦始皇死于外地之机，篡改了秦始皇给公子扶苏的书信，发动了沙丘政变，赵高等扶持胡亥即位为“二世”。赵高等人严守秘密，秘不发丧。将棺材放置在既密闭又通风的辒凉车中，让过去受始皇宠幸的宦官做陪乘，每走到一个地方，就献上饭食，百官像平常一样向皇上奏事。宦官就在辒凉车中降诏批签。只有胡亥、赵高和五六个受宠幸的宦官知道皇上死了。赵高过去曾教胡亥写字和狱律法令等事，胡亥私下里很喜欢他。赵高与公子胡亥、丞相李斯秘密商量拆开始皇赐给公子扶苏的信。谎称李斯在沙丘接受了始皇遗诏，立皇子胡亥为太子；又写了一封信给公子扶苏、蒙恬，列举他们的罪状，赐命他们自杀。之后继续往前走，从井陉到达九原，正赶上暑天，皇上的尸体在辒凉车中发出了臭味，就下令随从官员让他们往车里装一石有腥臭气的鲍鱼，让人们分不清是尸臭还是鱼臭。
一路行进，从直道回到咸阳后，发布治丧的公告。皇少子胡亥继承皇位，是为二世皇帝。同年九月，他将秦始皇安葬在骊山。