楚是秦兼并六国所面临的又一强敌，秦国接下来的目标是楚国。
楚国，又称作荆或荆楚，楚国祖先族姓芈，熊氏。春秋时期，楚庄王亲政后，励精图治，任用孙叔敖大胆革新，让楚国的实力迅速强大起来。楚作为中国南方的大国，物产丰富，兵员众多，曾与晋国长期争霸，不断兼并土地，是一个领土辽阔、实力雄厚的强国。战国初年，楚国的疆域在“七雄”之中仍居于首位。然而自从吴起变法失败后，宗室贵族一首把持着楚国的军政大权，致使楚国政治日益腐败。在与秦国的对抗中接连失利，丧失大片土地。
秦在攻取巴蜀后加速建设，从而使巴蜀成了秦国攻楚的前哨基地，秦将白起发起了一系列军事行动，使得楚国的实力受到了严重的损失。
但是楚国此时仍然是东方的一个大国，具有相当强的军事实力。有个成语叫作“朝秦暮楚”，说的就是秦楚两个大国相互对立，经常作战，有的诸侯小国为了自身的利益与安全，时而倾向秦，时而倾向楚。即所谓“凡天下强国，非秦而楚，非楚而秦”，连横成功秦就会称帝，合纵成功楚就能一统天下。想要攻克楚国，依然有相当大的难度，所以在秦国尚未扫平中原地区的其他国家之前，不会贸然发动灭楚的战争，以免韩、赵、魏联合起来，使秦处于腹背受敌的境地。秦灭魏国之后，中原地区己尽入秦国之手，攻楚时的后顾之忧己不复存在，秦王政便立即下达了对楚国发起全面进攻的命令，一次空前大决战即将展开。
秦王政很重视这场战争，为此他将秦国的著名将领全部召集起来，商讨作战方案。秦王政得意地说道：“消灭楚国，需要多少人马？”
李信抢先回答：“最多不过二十万人！”李信年纪轻轻，但就在不久前曾以数千铁骑在辽东追击燕太子丹，立了奇功，此时更想要把握住这次机会，立下赫赫战功。秦王也很赞赏他，又向王翦询问看法。
“必有六十万，否则不可轻言灭楚。”王翦回答。
六十万人，几乎达到秦国可以动员的全部军力，而楚国早己没落，此时又正在内讧，所以秦王政认为不需要这么多的兵力。王翦见建议没有得到采纳，还遭到奚落，心里很不是滋味，便请求告老还乡，秦王政批准了他的请求。秦王政二十一年（前226），秦将王贲率军进攻楚国北部，开道击魏，揭开了攻灭楚国的序幕。这年，秦王政又派李信和蒙武率二十万大军，趁楚国内讧之际，分兵两路进攻楚国。李信进攻楚国的平舆（今河南平舆北），蒙武进攻楚国的寝。进军之初，秦军进展顺利，两军在城腹会师，合兵一处。楚王派将军项燕率军抵抗。
项燕是楚国的名将，下相（今江苏宿迁东南）人，勇而有谋，西楚霸王项羽的祖父。他见秦军气势正盛，便避免同秦军正面交锋，转而进攻南郡，调动秦军。李信率军出征，却没想到项燕乘秦军兵骄不备，跟踪反击，“三日二夜不顿舍，大破李信军”。项燕所率的楚军占领秦军的两座壁垒，斩杀秦国的七名都尉，秦军大败。
李信的大败使秦王政大为震怒，同时也让秦王政认识到楚虽己衰弱，但毕竟地广人众，仍具有一定实力，并非轻易可灭。为了统一大业，秦王政亲自到王翦的家乡请他出山。
王翦见秦王政屈尊前来，心里早己明白，秦王政又一再赔礼，诚恳地请自己复出。王翦再次提出：“要想让老将出马，非六十万人马不可。”秦王答应了王翦。
王翦与秦王政同车回到咸阳，出征那天，秦王政送王翦至咸阳城外的霸上。辞别时，王翦再次向赢政提出请求：“请大王多多赏赐田地和财宝，老将想在还能打仗的时候为子孙多求点儿资产。”秦王听后，哈哈大笑，也答应了他。
王翦率大军东进，在出关之时，先后五次派出使者，请秦王落实赐给封赏的事情。有的人很不理解，便问他：“将军如此要求封赏，不是有些太过分了吗？”
王翦回答说：“王生性多疑，如今秦国全国士兵尽交到我手中，我不向秦王要求赏赐，难道坐视秦王对我产生疑心吗？”
公元前224年，王翦率大军抵达前线，取代李信获得指挥全部秦军的大权。王翦采取了坚壁自守、避免决战、养精蓄锐、伺机出击的作战方针。
楚王听说以后，下令调动楚国的全部军队，交给项燕统率，抵拒秦军。楚军多次向秦军挑战，秦军始终不肯出战。
王翦与项燕都是盛极一时的名将，在此大战期间，自然都不肯轻易犯错。秦军远道而来，立足未稳，而不久前又兵败于楚，挫伤了士气，所以不肯轻易出击，王翦是要养精蓄锐，然后伺机而动；项燕的挑战，并非是求胜心切。他深知秦军战斗力强，数量又远超楚军，王翦又是名将，极会用兵，打持久战对楚军并不是件好事，应该趁秦军立足未稳尽快结束战斗。
在王翦与项燕的智斗中，王翦以他的坚壁不出而把握了主动权，并渐渐形成优势。
楚军求战不得，时间一久，斗志松懈，项燕只好率军东撤。王翦见项燕移师，抓住时机，下令秦军以排山倒海之势全线出击，穷追不舍，大破楚军主力于蕲（今安徽省宿州东南）。项燕被王翦大军围困，不得突出，无奈自杀。秦军乘胜追击，在不到半年的时间里，攻取了楚国大部分领土。
公元前223年，王翦率军攻入楚都寿春，俘虏楚王负刍，楚亡，秦设楚郡。
