秦始皇帝派蒙恬出兵北方之后，心里才觉得释然多了。一日他正在咸阳宫处理事务，忽然从南方传来了紧急军情。原来在遥远的南方，还有另一位将军任嚣，他正率领十万军队征讨百越。百越又称百粤。他们的活动范围大致在江淮以南的广大地区，由原始部族组成。住在吴越一带的称为瓯越；闽中一带的称闽越；岭南的称南越；最西的称雒越。这些异族人很早就和中原人有交往，早在三王五帝之时，就臣服于中原王权。据史书记载：商王与周王时期，岭南各族人就向王室进贡珠玑、玳瑁、象牙、文犀、翡翠等。《诗经》上也说：‘于疆于来，至于南海’。任嚣率领秦军攻占闽越后，在东冶成立闽中郡。他们继而又攻伐南越。可是就在与南越作战的时候，秦军遭遇了一次偷袭，伤亡惨重。任嚣将军就只好派人向咸阳告急。
皇帝得知情况就再次召集群臣商议，他对大家说：“任嚣将军奉命南征百越，今在龙川受阻，你们说说应该怎么办？”群臣都不敢枉议，只是一起看着国尉大人。始皇就不高兴地说：“以前和诸位商议事情，个个都是勇献计谋？现在天下都统一了，可区区南越，蛮夷之乡，纹身之地，难道比楚人还厉害吗？其将领比项燕如何？”尉缭见皇帝动怒，就只好站出来回答：“南越之人虽然没有想象中的那么难以对付，但他们所处的地方地形复杂，再加上气候多变，处处不是虫蛇横行，就是瘴气弥漫。在这样的条件下，我军旷日持久地作战，再加上粮草不能按时送到，战事自然就不利于我军了。不过‘螳娘之怒，安能以臂当车轶。’秦统天下，其势如破竹。若陛下再派一员大将，将兵南下，百粤自然可以平定了！”
皇帝闻言大喜，道：“卿言甚合朕意。朕听说那里的将士，枕戈待黎明，铠甲生虮虱。他们艰苦卓绝，为国死战，真是我秦国好男儿！朕意已决，再调军十万增援任将军。你们谁愿领兵南下？”忽见二人挺身而出，齐声道：“我二人愿往。”原来是将军赵佗和都尉屠睢。皇帝大喜道：“二位将军勇气可嘉！不过南方道路崎岖，水路纵横。朕问你们，准备如何进兵啊？”赵佗道：“陛下，我们到达荆、楚之后，在那里征集一支民工，先开辟道路，然后再发起进攻。”皇帝道：“大军南下，道路崎岖，湖泊纵横，朕派一位水利专家做你们的监军，遇事多跟他商议。”二将连声称是。始皇帝就令都水丞史禄随军前往。
三人领军来到长沙郡的郡府临湘，将兵马屯住。史禄道：“我军所虑者就是道路不通，粮草接济不上，应该尽快征集民工开凿道路。”赵佗和屠睢就负责招募壮丁，就召集了三十万民工。秦国规定：凡入赘人家的女婿及作买卖的小商小贩，统统看作是贱奴，不得与一般的平民对待。所以强征他们服徭役，与罪犯同列。史禄就考察进兵的路线，他先来到零陵，仔细地查勘地形，认为湘江和离江上游距离较短，水位的落差不是很大，应该开凿一条人工运河，就可以解决粮草和物资的运输问题了。大家商议好后，就兵分三路，每路还带着开路的民工：左路由赵佗率领，从庐陵、南野南下；史禄为右路，从零陵出发，沿离水顺流而下；屠雎取道耒阳，沿湟水进攻五岭。他又联络任嚣将军，从龙川向博罗进兵。秦国四路大军，连同凿山开路的役夫，总人数有五十万，就向岭南发起了大进军。五个月后，各路兵马都打进了南越之地。秦军就占领了南越人的王城——番禺，也就是今天的广州市。
这时候皇帝也批准了史禄要开凿人工运河的请求。史禄就和他的助手一齐率领大量的民工，来到湘水和离水最近的地方挖掘河渠，修建人工运河。三年后，这条著名的人工运河就开凿出来了，它全长三十公里，成为水上交通的要道，也成了造福百代的著名工程。唐朝时改名为灵渠。
与此同时，在广漠无垠的北部边疆，蒙恬将军也正在酝酿着一场大规模的反击匈奴的战争。他在多半年的时间里，做了很多准备：只让军士们整天吃饱喝足了比武射箭，玩摔跤。秦军用的一种足弩射程非常远，将领们让军士每天练习射。他们从一个地方射到另一个地方，这个地方的军士又将箭镞原射回去。就这样来来回回地重复练习，谁射的远就奖励多吃酒，将士们个个乐得屁颠屁颠的。蒙恬又暗中派军士扮成百姓的模样，混到匈奴人的内部，帮助他们运送物资，察看地形，还有驻军的地点。头曼单于多次向蒙恬挑战，蒙恬拒不出战。头曼就认为秦军胆怯。时间长了，他们就逐渐地放松了警惕。可是蒙恬这时对敌人的一切都已经了如指掌了。
有一天，蒙恬忽然宴请将士，高举酒杯，豪情满怀地道：“将士们，我让你们整天吃酒有多长时间了？”大家回答：“大概有半年的时间了啊。”蒙恬道：“我们吃着皇粮，也得为国家干事吧？”将士们都道：“我们全身都是力气，就是无处可使啊。”蒙恬就斩钉截铁道：“击败匈奴就在今日！头曼单于有三十万骑兵，你们既然有的是力气，就应该全部消灭他们，愿意为国立功吗？”将士们一听要打仗了，个个高兴得跳了起来，大家就摩拳擦掌，都表示要和匈奴人一决雌雄。蒙恬非常高兴，就对王离下令道：“王将军，你即刻率领五万精骑，星夜赶到大河渡，先烧毁匈奴人的渡船，截断头曼的归路，我随后尽起大军去攻长城，杀向匈奴的大营。头曼一定不会想到我们要进攻他们，他们必然要吃败仗。头曼战败后，一定会向大河渡溃败，到时你我就将敌人围堵在大河边上，全部歼灭！”王离听了蒙恬的用兵方略，心想这简直就是从祖父那里学来的，就慨然接受了命令，连夜率兵向大河渡奔去。
头曼在长城以北的大营中，每天派人探听秦军的消息。这些天来，突然得到报告，说秦军大营的旗帜减少了。头曼就高兴地说：“这是蒙恬把秦军调回去了，看来他们不久就要撤兵了。哈哈哈！”这天夜里，头曼吃醉了酒，正在大睡，忽然有人进来报告：“大王，我们突然看见后营起火啦！”头曼单于就问何处起火了。军士回答：“好像是囤粮的那个地方。”头曼大怒，就气冲冲地出来察看，只见几十处粮仓全都起火，并且火势越来越旺。头曼见此，狂怒地大叫：“这是怎么回事？”有人报告：“这一定是有人故意放的火！”头曼吼道：“你们快去灭火！寡人要把看守的人立即斩首！”话音刚落，只听见头顶上有‘嗖嗖’的声音传来。头曼单于抬头一看，只见天空中的火箭如同烟花一般，一齐射向了他的大营。瞬间工夫，匈奴人的营地上就全部起火了。头曼大惊失色，急忙率领大小将士立即登城。这一看不要紧，竟然吓得头曼像是中风了，原来秦军在数十里长的战线上举着火把，铺天盖地般的杀了过来，喊杀声简直是惊天动地。头曼终于明白了：秦军原来发起了全面进攻。头曼于是下令仓皇应战。
秦军杀到长城下，竖起云梯猛攻长城，后方射来的箭像雨点一样密集，那些没有烧死的匈奴兵急忙登上长城应战，一部分人已经惊慌地逃窜了。双方大杀一夜，秦军就越过了城墙，与匈奴兵砍杀在了一起。一个时辰后，匈奴兵就纷纷败退了。头曼单于和左右大将见无法控制局面，也只好随着人流退却。原来匈奴人作战，只图眼前的利益，如果无利可图，就各自逃命，也互不救援，因此全线溃败了。只在一夜之间，防守长城的二十万匈奴军，就已经被烧死、射死、杀死、踏死者超过了一大半。剩下的都跟着大单于仓惶逃命。蒙恬夷平了匈奴大营后，就率领大军继续追杀残余。
头曼单于果然向黄河渡奔去，他一路败逃，又接纳了后方的十万人马。一日黄昏，匈奴兵来到黄河边上，发现渡船已经被秦军烧毁了，就大叫道：“寡人经营各部数十年，驰骋大漠，从未败北，不想今日被南蛮打败了啊！我听兵法上有‘置之死地而后生’的话，现在我十万大军若是拼死一战，胜负尚未可知！”言未毕，一声鼓响，迎面杀声震地。只见战马萧萧，前方冲出了无数的秦国骑甲，将头曼的大军团团围住。迎面的帅旗上写着一个大大的‘王’字，正是王离的军队。这时后面的军士也飞马来报：“大王，不好了，蒙恬从后面杀来了！”头曼单于大惊失色，愤怒地大叫：“蒙恬如此狡诈，他先断寡人的归路，又来追杀，真是卑鄙无耻，我们与他拼了啊！杀！”双方的将士就在黄河边上展开了一场激战，大战。蒙恬和王离会合后，蒙恬下令将西北方向的秦军撤围。王离不解，就想合围起来活追头曼。蒙恬道：“穷寇勿迫，网开一面，不然他们见必死无疑，就会拼命，这是用兵的大忌。”王离佩服其高论。
匈奴兵就被三倍的秦军夹击，又一场血战。头曼单于正准备下令死战，要与秦军同归于尽，忽然有人来报，说西北角上没有秦军。头曼见有一线生机，就率领大家向西北突围。蒙恬见头曼果然只想逃命，就率领秦军奋力追杀。这一追，只杀得匈奴人尸横遍野，血流成河，黄河水都变成了红色。头曼在众将领的保护下，终于逃离了战场。这场战斗果然像蒙恬将军预料的那样，匈奴人没有拼死一决，秦军才能大获全胜，还缴获了无数的战利品。
头曼率领残兵败将，向西逃了一夜，见秦军没有追来，才放下心来。天亮时，他们来到大河边，只剩下数千人马，并且都受了伤。头曼沿河寻找船只，见浩浩大河，无船可渡，只好望河大恸，突然拔出了佩剑，就要抹脖子。左右的将士急忙扯住道：“南蛮不来追赶，这是老天爷不让我们死啊！大王若派水手渡过河去，把战败的消息告诉族人，族人就一定划船来救，我们还死不掉啊！”头曼道：“寡人战败，无颜再见父老，又怎敢烦劳他们啊？”将军们都道：“胜负是兵家常事，更何况大王与嬴政都是天生大圣人，今后卷土重来尚未可知，您怎能失掉斗志啊？”头曼这才转忧为喜，就赶紧派水手过河去联络族人。
接下来的几天，蒙恬率领大军驱逐匈奴残部，摧毁各据点。王离却尾随单于而来。一日他们来到黄河边上，也是人困马乏，但也不知道头曼逃到了哪里，正要派人查寻下落，忽然军探来报，说头曼就在前方不远处渡河哩。王离就问匈奴人怎样渡河。军探道：“河北有人来救应他们，还准备了数十条大船来回摆渡。”王离就急忙率军来到河边，果见匈奴兵都在抢渡，就率领大队冲了上去。头曼在南岸见秦军骤至，就赶紧登船离去了，剩余的军士全部被河水冲走了。单于爬上岸后，族人一齐拜呼万岁。族人中有一个小男孩，长的与众不同，他正是头曼单于的小太子，名叫冒顿。此时见单于十分狼狈，就对单于道：“父王，等我长大了就一定给您报仇！”单于看到儿子，心里似乎有了许多安慰，就爱抚地将他抱在了怀中，然后遥指对岸道：“此仇不报，寡人死不瞑目啊！”大家就簇拥着头曼向云中的头曼城奔去。王离见头曼单于逃走了，懊悔莫及，只好来向蒙恬报告。从此黄河以南的土地就全部归在了秦国的版图之内。
始皇帝接到喜报，大喜过望，就嘉奖将士，又令蒙恬渡过黄河继续攻取土地。蒙恬不负重望，便率领大军过了黄河，攻占了高阙、北假、阴山等地，还在黄河边上修建了烽火台。头曼单于听说秦军渡过了黄河，就弃了头曼城，向北方继续退却。这就是后来贾谊在《过秦论》中说的：“乃使蒙恬北筑长城而守藩篱，却匈奴七百余里。胡人不敢南下而牧马，士不敢弯弓而报怨。”的话。蒙恬将军就在那里设置了云中郡和九原郡，又新增了三十四个县。蒙恬将军此时见到处都是大漠荒原，无险可守，就向皇帝上书，要修建长城。
始皇帝接到报告，经过一番深思熟虑，就召集群臣道：“秦昭襄王灭了义渠，在陇西、北地、上郡修建长城来抗拒胡人。赵武灵王北破林胡、楼烦，从代地直到阴山下修建了长城，还设了高阙关防御匈奴，因此云中、雁门和代郡都安全了。燕国也从造阳到襄平郡修建长城，因此上谷、渔阳、右北平、辽西、辽东各郡也都不怕匈奴人入侵。匈奴人迁徙游走的习性是不会改变的，朕想把以前秦、赵、燕三国的长城连接起来，名曰‘万里长城’，它将是一条横亘北方，阻挡胡人南进的军事屏障，你们认为如何？”李斯道：“陛下，万不可行啊！”始皇问又为何不行。李斯道：“以前秦国在陇西、北地、上郡修建长城时，耗费了大量的的人力物力，历时三年才完成。现在陛下要把北方的长城全部连接起来，从陇西到辽东，长达万余里，况且所经之地，高山峡谷很多，如此艰难的工程，何时才能完成啊？这将是一场劳民伤财的举措，请陛下三思！”始皇帝笑道：“以前修长城，因为人力不足，现在天下统一了，人皆为大秦所用，何愁建不成啊？人心齐，泰山移。只要大家分段包干，没有办不成的事情。况且长城因山就势，并非全部筑城，一旦筑成此军事屏障，胡人安敢南下来牧马？”群臣齐呼万岁。
随后，秦始皇帝就下令向北方移民，共同垦荒戍边。从此秦国的军民，建县的建县，修路的修路，筑城的筑城，开荒的开荒。皇帝还整顿全国的官吏，把贪官污吏和不称职的官员全部充军。家在北方的去修长城，家在南方的去开发岭南，共同建设国家。秦国又在南方设立了南郡、象郡和桂林郡，又在岭南地区进行大规模的交通建设。