秦始皇理政后，匈奴利用中原各国混战的机会长驱首入，不断向内地进攻，
占领了黄河以南的大片土地，对秦国造成了实质性的威胁。因此，秦国与匈奴的战争一触即发。秦始皇兼并六国后，为解除匈奴对秦的威胁，命蒙恬率三十万大军北击匈奴。
蒙恬，秦朝著名将领。他的祖先是齐国人。蒙恬的祖父蒙骜，从齐国来到秦国侍奉秦昭王，官至上卿。蒙恬的父亲是蒙武，秦国灭楚的时候，蒙武为副将跟随王翦率领六十万大军，在蕲地大败楚军，并斩杀了楚将项燕。随后蒙武又率兵
俘虏了楚王。蒙恬的弟弟蒙毅，是秦朝当时的重要文臣之一，官至上卿。秦始皇二十六年，蒙恬初次率军出征，灭了齐国，官至内史。
秦始皇之所以选择蒙恬为主将：一是因为以王翦为首的一批老将己经年迈，不再适合外出作战；二是蒙恬虽然声名不及王翦，但他的才华有目共睹；三是蒙恬作为年轻一派的将领，富有锐意进取的精神，与秦始皇开辟疆土的想法相吻合。
在蒙恬出征之前，秦始皇就着手修建驰道、筹备粮饷。在统一六国的当年，秦始皇就下令在全国修筑驰道，第一条就是通往北地（郡治义渠，今甘肃省宁县西北）和陇西（郡治狄道，今甘肃临洮）。随着始皇帝又设黄（今山东省黄县东）、腄（今山东福山）、琅邪（今山东胶南）三大粮仓，为北事提供后勤保障。
秦始皇三十二年，蒙恬率军出发，北征匈奴。蒙恬对战争形势和具体情况做了分析之后，很快确定了作战方针：匈奴一部分兵力己经侵入陇西河套地区及原赵国边境，心腹大患，如芒在背，必须迅速击破，并将其驱逐至贺兰山脉及狼山山脉以西，以及原赵国所建长城以北。秦军以步兵为主，机动能力比不上匈奴军队，所以不能长途进军，否则就会被匈奴不断袭扰，陷入被动境地，只可步步紧逼。
作战的方针确定下来以后，蒙恬决定先出击河套地区，扫清该地的敌军。他兵分两路，以主力军从上郡（今陕西省绥德县）进入河套北部，而以一部分军力从北地郡（今甘肃省庆阳市）出萧关，进入河套南部地区。等到河套地区的战斗胜利之后，再分兵两路，主力军由河套西北渡黄河，进攻高阙（今内蒙古自治区五原县）与狼山山脉；另一部分由河套西南渡黄河，攻占贺兰山脉高地，以侧应主力军。
秦始皇三十二年夏秋之季，按原定的作战计划，蒙恬大军出发。秦国经过多年的战争准备，攻击非常猛烈。在河套地区的匈奴部队数量不多，在强大的秦朝大军面前毫无反击的能力。到当年冬天，河套地区的匈奴部落己经全部肃清，匈奴残部向西北方向渡河而逃。蒙恬于是将两军推至黄河南岸，度过冬季，以待来年春季的战斗。
秦始皇三十三年初春，蒙恬主力军由九原渡过黄河，攻击高阙与陶山（今狼山山脉），一部分军西渡黄河进入贺兰山脉。秦军步伐整齐，节节推进，一路上旌旗蔽日，黑甲连天，在强大的威势面前，匈奴不战自溃，向北远遁。于是秦赵原被匈奴侵占之地全部恢复。
虽然收回失地，但蒙恬清醒地认识到匈奴人必然不会甘心，会再次来袭，于是他决定先下手为强，主动寻找匈奴人的主力，与之决战。第二年蒙恬亲自率领秦军主力渡过黄河，向阴山和贺兰山高地进发。行军至高阙的时候，发现了匈奴的主力，蒙恬立即组织进攻。匈奴的首领头曼单于正在集结兵力，不料秦军又一次杀来，被打了个措手不及，仓促之间只好应战。匈奴的骑兵呼喊着，挥舞着弯刀杀向敌阵。蒙恬命步兵手持长矛，排列成战阵，最前方的兵士手持高大的盾牌，抵御匈奴骑兵的冲击；弩兵在后，用箭阵射住敌人的进攻态势，步兵与弩兵缓步向前推进；同时派遣骑兵和战车绕至敌军侧翼，用弓箭袭扰。秦军的武器精良，长矛有七米那么长，列在阵前就像一道藩篱，匈奴骑兵根本无法靠近。而秦弩更是威名赫赫，秦弩手分为两种：一种是轻装弩手，靠近主阵前方，由于有步兵的掩护，所以没有甲衣的防护，轻弩手用三段连射的方式摧敌前锋，灭敌锐气；另一种是重装弩手，作战时坐在战阵后方，用脚蹬的方式上弦，轻弩一般长一百三十五厘米至一百西十厘米，而重弩光是所用的箭支就己经达到两米，是当时最恐怖的远程射击武器。弩机发射时，箭镞刺破空气，弓弦回弹与空气剧烈摩擦，发出尖锐的呼啸声。轻弩射程为一百五十米左右，而重弩的射程可达五百米，二者配合射击，一排排的弩手不断拉弦、上箭、射击，组成漫天箭雨，足以覆盖战场的每个角落。在秦军的猛烈攻势下，匈奴遭遇惨败，头曼单于被迫退出阴山和贺兰山高地，北撤七百余里。
至此，蒙恬对匈奴用兵取得完胜，威震北方。汉文帝时期的贾谊曾说：“乃使蒙恬北长城而守藩篱，却匈奴七百余里，胡人不敢南下而牧马，士不敢弯弓而报怨。”足见当时蒙恬当时的军力有多么强大。蒙恬北伐匈奴的胜利，清除了秦王朝边境的心头之患，为大一统的完全实现做出了不可磨灭的贡献。
