秦二世被逼自殺後，趙高剛開始想趁機篡位，然而文武百官不同意，只好宣佈立子嬰為帝。此時，處在風口浪尖上的子嬰顯示出了果斷睿智的政治才能，幾年來，趙高殘害忠良、卑鄙無恥的一舉一動子嬰都瞭如指掌，他決定趁此機會為國鋤奸，殺掉趙高。為此，子嬰與家人精心策劃，只等趙高上鉤。
五日後，趙高幾次派人請子嬰到宗廟接受玉璽，子嬰都以身體有病為借口，拒絕前往。這下趙高著急了，親自到齋宮去請子嬰，見到子嬰，趙高問：「宗廟重事，王奈何不行?」早已做好一切準備的子嬰見時機來到，一聲令下，心腹韓談手起刀落，殺死趙高，子嬰隨後下令將趙高三族全部誅滅。對此，後世史臣讚歎道，子嬰「於戶牖之間，竟誅猾臣，為君討賊」，其謀略可見一斑。
子嬰誅滅趙高後，劉邦的義軍已經攻破武關，進入關中。子嬰沒有束手待斃，而是立即調兵遣將，在嶢關據守，企圖抵禦劉邦的義軍。但是，巨鹿之戰後，項羽「坑秦卒二十餘萬人」，大秦帝國的將士們早已嚇破了膽子，哪裡還有勇氣抵抗。劉邦率兵繞過嶢關，在藍田兩次大敗秦兵，乘勝佔領霸上，兵鋒直指咸陽，並派人勸降子嬰。此時，群臣也眾叛親離，子嬰見大勢已去，無奈之下，只好出城投降劉邦，這距他登上王位僅僅過了46天。
劉邦手下諸將勸劉邦殺掉子嬰，劉邦沒有答應，說：「始懷王遣我，固以能寬容，且人已服降，殺之不祥」，把子嬰等人交給相關官員看押。但隨後項羽引兵到達咸陽，項羽為報國恨(楚國滅亡)家仇(祖父項燕、叔父項梁皆與秦兵交戰而死)，也防止秦朝死灰復燃，當即下令殺掉包括子嬰在內的所有秦王宗室，並火燒秦王宮。
就這樣，大秦帝國終於在子嬰手中轟然倒塌，子嬰成為了毀掉大秦帝國的替罪羊。後世指責子嬰，其實就是子嬰當時除了投降，還有一種選擇，那就是向西逃竄，回到秦國發跡之地，以圖東山再起。如果那樣，其宗族也不至於被一鍋端。
但歷史沒有假設，我們設身處地回到當時的情景，行事精明的子嬰未嘗沒有想到逃跑。劉邦兵臨城下，派人前來勸降，子嬰肯定也是在深思熟慮之後，為保全宗族，方才接受劉邦的條件，出城投降。但歷史留給他思考的時間實在太短暫了，倉促之間，他哪裡能想到，在劉邦後面還有一位勢力強大且報仇心切的項羽?他如何能想到，此後局勢發展到劉邦尚且不能自保，哪裡還能顧得上大秦王室的死活?
歷史對子嬰的記載雖然寥寥數語，但從子嬰勸諫秦二世，到誅殺趙高，這一系列的舉動，我們都能看出子嬰是秦始皇死後，大秦帝國頭腦最清醒，並具有高超的策略和才能的一位人物。但當時的大秦帝國已經是「河決不可復壅，魚爛不可復全」，面對這樣的一個爛攤子，子嬰「雖有周旦之材，」終也無力回天，最終身死國滅。