秦始皇南巡前，于前213年下“焚书令”、前212年坑儒。“焚书坑儒”虽连言，但不是同时进行的。“焚书令”在全国范围内进行，禁令直到前191年汉惠帝四年“除挟书律”才废除。而坑儒，只是在咸阳一次坑杀了四百六十多个儒生。
传说，秦始皇统一六国后，曾有禅让的想法。《说苑》记载：“秦始皇帝仰天而叹曰：‘吾德出自五帝，吾将官天下，谁可使代我后者？’鲍白令之对曰：‘陛下行桀、纣之道，欲为五帝之禅，非陛下所能也。’秦始皇帝大怒，遂罢谋，无禅意也”。
秦始皇虽然没有像传说那样五帝禅让，但他还是采用了传说三皇五帝的尊号，宣布自己为始皇帝，自称“朕”，后世子孙世代相称，递称二世皇帝、三世皇帝。他还制定了一套适应封建统一国家需要的新的制度。如在政治上，建立由丞相、太尉与御史大夫合称“三公”，奉常、郎中令、卫尉、太仆、宗正、少府、廷尉、典客与治粟内史合称“九卿”组成的“三公九卿制”。在经济方面，“初令男子书年”、“使黔首自实田”、统一度量衡、车同轨、统一货币。
在文化方面，除统一文字外，采用战国时期阴阳家“始终五德说”，认为秦得水德，水色主黑，所以礼服、旌旗等都用黑色。与水德相应的数是六，所以符传长度，法冠高度各为六寸，车轨宽六尺。与水德相应，历法以亥月即十月为岁首。水德主刑杀，所以统治力求严酷，“事皆决于法”，无“仁恩和义”等。
秦始皇推行的这些制度，推动了当时社会经济和文化的发展。但是由于他实行严刑苛法，不可避免地摧残当时的无数无辜的劳动人民。修筑长城、修筑道路和修筑自己的陵墓等工程，已经超过当时社会能够承担的能力。所以《汉书》说秦是“刑者甚重，死者无望”，最终导致“天下仇怨，溃而叛之。”当时的儒生和博士甚至到朝廷上，当面攻击秦始皇所制定的制度。
前213年，“始皇置酒咸阳宫，博士七十人前为寿”。仆射周青臣颂扬说：“以前秦国土地不过千里，全靠陛下英明，平定天下，驱逐蛮夷，实行郡县制度，人人安居乐业，没有战争的祸害，把天下传给后代，上古以来的帝王，都赶不上陛下的威德。”博士淳于越却反对说：“我听说殷商统治天下一千多年，大封子弟功臣，作为侧翼。今天，陛下拥有天下，但是子弟却是匹夫，一旦出现动乱，没有侧翼，怎么挽救危局呢？处事不以古人为师是不能实现长治久安的。”
秦始皇把这些意见交给大臣讨论。丞相李斯对淳于越进行激烈的抨击。他说：“古代天下分散紊乱，没有能够统一，因此诸侯群起。说话都称道古人，非难当今，扰乱实际，赞赏私学知识，非议朝廷制定的政策法令。这样的人，入朝会内心反感，出朝又要街谈巷论，率领臣民制造谤语。对这种现象如不禁止，就会君威下降，朋党形成。为此，我请求陛下颁布焚书令。”
秦始皇接受李斯的建议，当年颁布“焚书令”。主要内容：（1）除秦记以外，其它各国的史书一律烧毁；（2）除博士官的藏书以外，凡民间所藏的《诗》、《书》百家语等一律焚毁；（3）通令全国郡守和县尉查禁以上书籍；（4）有敢私自藏禁书的处以刑罚；（4）有敢谈论《诗》、《书》的被判处死刑，以古非今的灭其族，官吏知情而不举者连坐同罪；（6）只有医药、卜巫、种树的书可以保存。六艺中，易为卜巫之书，得以保存；（7）要学习法令，应以吏为师等。
焚书期间，有的知识分子冒着生命危险隐藏典籍。《汉书》记载：“秦时禁书，伏生壁藏之。其后大兵起，流亡。汉定，伏生求其书，亡数十篇，独得二十九篇，即以教于齐、鲁之间。”《汉书》又记载：“孔腾，字襄，畏秦法峻急，藏《尚书》、《孝经》、《论语》于夫子旧堂壁中。”《河南通志》记述：“李斯议焚书，鲋惧遗典灭亡，藏书壁间，隐居嵩阳，授弟子，常百余人。”鲋，既孔鲋，是孔子的八代孙。西汉鲁恭王扩建孔子故宅，打开夹壁墙，发现孔鲋所藏古籍。后人为纪念这件事，在孔子故宅内重砌一墙，名曰“鲁壁”。
秦始皇焚书之后，引起儒生和博士们的更大不满和非议。侯生和卢生等人说：“始皇为人，天性刚戾自用，起诸侯，并天下，意得欲从，以为自古莫及已。专任狱吏，狱吏得亲幸。博士虽七十人，特备员弗用。丞相诸大臣皆受成事，倚辨于上。上乐以刑杀为威，天下畏罪持禄，莫敢尽忠。上不闻过而日骄，下慑伏谩欺以取容。秦法，不得兼方，不验，辄死。然候星气者至三百人，皆良士，畏忌讳谀，不敢端言其过。天下之事无大小皆决于上。上至以衡石量书，日夜有呈，不中呈不得休息。贪于权势至如此，未可为求仙药。”又因为屡屡派出的求仙药的方士去而不返，惧怕秦始皇追究，于是，他们逃跑了。秦始皇得到消息后，大发雷霆的说：“我以前收缴天下不中用的书籍，全部烧毁。现在我尽量征召文学、方术之士，想振兴国家。让方士周游各地，寻求奇药。不料他们一去不返，并用去大量费用。对卢生等人，我不但尊敬，而且赏赐优厚，他们竟然诽谤我。这些人在咸阳的活动，我曾派人侦察过，其中有人制造妖言，蛊惑百姓。”秦始皇派御史审讯他们的罪行，这些人互相告发。于是，秦始皇亲自判决，将诽毁秦政、愚弄皇帝的方士和儒生四百六十余人活埋于咸阳。
关于秦始皇坑儒人数和手段，东汉光武帝时议郎卫宏认为是700人，而且是用秘密手段处死的。他在《诏定古文上书序》中说：“秦既焚书，恐天下不从所改更法，而诸生到者拜为郎，前后七百人，乃密种瓜于郦山陵谷中温处，瓜实成，诏博士诸生说之，人言不同，乃令就视。为伏机，诸生贤儒皆至焉，方相难不决，因发机，从上填之以土，皆压。终乃无声。”
相传秦始皇当年焚书的地方“焚书台”，在今陕西渭南市城南5公里的蒋家村。蒋家村北有一个大土台，相传即是秦始皇当年的焚书台。附近还有灰堆村，相传为项羽火烧咸阳时留下的灰堆。据《三辅黄图》记载，这里曾是战国秦步高宫、步寿宫的所在地。
相传秦始皇当年坑儒的地方“坑儒谷”，在今陕西临潼区西南10公里处。坑儒谷，汉名愍儒乡。唐朝天宝年间曾在郦山谷的坑儒谷处建庙纪念被坑的儒生。《太平寰宇记》记载：“唐天宝年间，宣宗诏为旌儒乡，立庙，命贾至为碑文。”唐代所刻“旌儒庙碑”已毁。现仅存残破的儒生石像。