公元前227年，秦国大军已兵临燕国边境。燕国的首都蓟城在今日北京市西南郊的永定河边，即史家所谓的蓟丘，为永定河边的一块高地。赵国灭亡，秦国疆土与燕国相邻，只要突破燕国边防，长驱直入200里，就可到蓟都。燕国北面防线，西端从张家口西部开始，由西向东，一直延伸到今日辽东，最后折而向南，到达今日朝鲜境内的清川江入海处，筑有漫长的燕长城。
燕国南部防线则以易水（河北雄县）为中心，易水以东是黄河下游河滩和盐碱地，不利行军；易水以西至太行山脚的百余公里，大都为平原，是防御重点。当日易水河有南北两条，都发源于太行山中。北易水河与涞水（今日拒马河）相汇，最后流入黄河故道。南易水河经过今日河北徐水，然后继续东去，最后也注入黄河故道。燕国依托南易水河筑有长城，是抗击秦军的主要工事。
韩、赵灭亡之后，统一战争就轻松起来，只有楚国要费点脑筋，魏、齐、燕都不足虑，所以秦国不再顾忌两面作战。王翦的大军驻扎在中山（河北定州），北可灭燕，东可亡齐，还可南下伐魏击楚。
此时的燕国君惶惶不可终日，眼见秦国扫平三晋，就要向自己杀来，却无计可施。燕太子丹最终想出了孤注一掷的暗杀行动，即历史上有名的荆轲刺秦王，时值公元前227年。刺杀行动最终失败，但是秦王政差一点死于荆轲的匕首下。本来秦始皇还没有想好先灭哪一国，就在这时，却发生了荆轲刺秦王的事件，秦始皇大怒，决定立刻攻燕。
秦始皇大怒，命令王翦立刻攻燕，还增加兵力，想一战而定燕国。眼看着赵国灭亡，敌人大兵压境，燕国也在寻找阻击的办法。赵国余部代王嘉也来依靠燕国，于是燕国以燕军为主，与赵王嘉的军队联合驻扎在易水县（河北雄县），依托南易水河与燕国长城，重点防守易水以西。
吞韩灭赵极大地增强了秦始皇的信心，想直接强攻蓟都，不做任何迂回。王翦乃当世名将，明知秦国强大远胜燕国，仍然不愿正面强攻、做无谓的牺牲。他判断燕国会重点防御南易水河与燕长城，而东边河滩与盐碱地又不便行军，遂采取迂回包抄的战术，从南易水河上游太行山地绕过燕长城，突击燕军侧背。
秦始皇二十年，秦军由中山出发，绕出燕长城，出其不意，在易水之西，大破燕军。随即北上，围攻蓟都。秦始皇判断拿下蓟都已不是问题，为了照顾下一步大棋——灭楚，于是增派兵力，要王翦一举攻下蓟都。公元前226年，秦军攻下燕都蓟（今北京市），燕王喜与太子丹逃亡辽东郡。王翦打下蓟都，前后只用了十个月。
秦国与燕国的这场战役，燕、代联军防守过于死板，只考虑固守长城，而不料敌，不考虑敌人的想法，是一相情愿、被动防御，这就很难取胜了。也不根据燕国的地理特点，依托大河坚城，设计多层次、多梯队的纵深防御。蓟都建在永定河边的高地上，城池坚固，这可作为最后的防线。永定河水量充沛，易水河依傍山势，是蓟城的两道天然防线。燕国也还有一些精兵，燕王喜与太子丹逃亡时，“尽率其精兵东保于辽东”。有这些精兵，再依托河川大城，积极设防，虽然挡不住秦军进攻，至少可以多支持几个月。
燕王喜与燕太子丹退保辽东，代王嘉逃往上谷。秦将李信对燕王喜和太子丹穷追不舍，太子丹至衍（yǎn）水（今天的浑河）。太子丹因潜伏于水中幸免于难。代王嘉给燕王写了一封信：“秦军追得紧，完全是因为太子丹。如果把他杀了，献给秦王，秦王就会罢手，燕国社稷就能保存。”代王嘉的主意可不怎么高明。燕王喜经过权衡利害关系，派人将太子丹杀掉，将其首级献给秦国，想以此求得休战，保住燕国不亡。
燕王杀太子丹向秦求和，秦国未允。但鉴于燕赵残余势力，已成囊中之物，为集中兵力对付魏楚，故暂停进攻。公元前223年秦灭楚、魏之后，秦王赵政派王贲率军进攻辽东。公元前222年（秦王政二十五年），王贲奉命攻伐燕国在辽东的残余势力，俘获燕王喜，燕国彻底灭亡。秦在燕地设渔阳郡、右北平郡、辽西郡及辽东郡等。
同一年，刚在南方灭楚的大军，又乘胜降服了越君，设置会稽郡。于是，长江流域全部并入秦的版图。王翦的军功虽不如白起显赫，而在秦国具备绝对优势条件下，仍然选择迂回包抄战术，避免将士无谓牺牲，果然是名将风范。秦始皇从灭燕开始有了骄傲轻敌思想，为后面李信伐楚失败埋下了祸根。
