鱼上钩了。赵高说："您要真想进谏的话，我一趁皇帝有空就告诉您。"
于是，每当胡亥正和一大群美女宴饮玩乐之际，赵高就通知李斯。李斯就傻乎乎地跑到宫门外要求觐见。如是五次三番，胡亥就急了："我平常有空的日子丞相不来，偏偏我玩得正高兴的时候他就来请示汇报。丞相难道是瞧不起我吗？还是故意难为我呢？"
看见时机成熟了，赵高就说道："沙丘之谋丞相也有份，现在陛下已经立为皇帝，可丞相并没有更加尊贵，恐怕他心里早已在盘算裂地封王了。还有一件事，陛下没问，我也不敢说。楚地盗贼陈胜那帮人都是丞相老家附近的人，他们在楚地公然横行，经过李由镇守的三川郡时，李由只是守城而不肯出击。我甚至听说他们之间还有文件往来，因为没掌握确切情况，所以不敢告知陛下。况且丞相在宫外，权势比陛下还重。"
胡亥听信了赵高的话，就派人暗中调查李由与盗贼勾结的情况。
李斯闻讯，终于知道自己被赵高卖了。他立刻上书二世弹劾赵高，说他大权独揽，架空了皇上，有窃国篡位之野心，迟早会叛乱，就像当年齐国的田常一样。
可是一切都已经晚了。
整天泡在酒池肉林中的胡亥现在最信任的人只有赵高。他回复李斯说："先帝早逝，我又没什么见识，不懂得治理百姓。而你又老了，恐怕就要断送天下了。我不把国家托付给赵高，还能托付给谁！？况且他精明强干又清正廉洁，下能了解民情，上能合我心意，你就别废话了。"
李斯不甘心，继续上书大骂赵高。胡亥嫌烦，干脆把李斯的话原原本本告诉了赵高。
赵高说："丞相最担心的就是我赵高，我死了，他就要篡位了。"
胡亥说："那李斯就交给你了。"
李斯最恐惧的一天来临了。
赵高亲自出马把李斯和他的宗族、宾客全部逮捕下狱。李斯苦心经营了整整一生的功名富贵一夕之间化作了梦幻泡影。
物极则衰，吾未知所税驾也！
李斯没想到，自己当年那无端的感叹最后竟一语成谶。他没想到自己位极人臣后已经变得如此的战战兢兢、如此的临深履薄，可最终还是逃不开身败名裂的下场。
赵高亲自审讯李斯。在大板拷打了一千多下之后，李斯终于屈打成招，承认自己参与了叛乱。可李斯不甘心，便向二世上书陈述自己的"七大罪状"，实际上是列举自己对秦国的七大功劳：臣担任丞相治理百姓，已经三十多年了！臣初至秦，国土还很狭小，先帝时领土不过千里，士兵几十万。臣竭尽绵薄，谨奉法令，暗中派遣谋臣游说诸侯；又暗中扩张军备，整顿政教，任用人才，尊重功臣，盛其爵禄。所以能胁迫韩国、削弱魏国，击破燕国、赵国，消灭齐国、楚国，最终吞并六国，俘虏他们的国君，拥立秦王为天子。这是臣的第一条罪状！秦帝国的土地并非不够广大，可臣还是致力于北上驱逐匈奴、南下平定北越，来显示秦国的强大。这是臣的第二条罪状！尊重大臣，盛其爵位，来培养他们的忠诚。这是臣的第三条罪状！立社稷，修宗庙，以彰显君主的贤明。这是臣的第四条罪状！统一文字、度、量、衡，颁布于天下，以树立大秦的威名。这是臣的第五条罪状！修筑驰道，兴建宫观，以使得君主满意。这是臣的第六条罪状！宽刑罚，薄赋税，让君主获得民心，使万民拥戴、至死不渝。这是臣的第七条罪状！
奏书当然是到了赵高手上。赵高看也不看，只说了一句话："囚犯怎能上书！？"
李斯身陷囹圄之后，赵高就像猫玩老鼠一样着实把他耍了一回。他知道李斯满腹冤屈，有机会必然翻供，所以他略施小计，就让李斯死了这条心。赵高指使自己的党羽假扮成御史、谒者、侍中等各种身份的官员，前后十几批去轮番审讯他。李斯以为机会来了，每次都翻供，否认自己参与叛乱。可每次翻供的结果是遭到更严酷的拷打。李斯顶不住了。有一次终于不再翻供，承认了之前的供词。可他万万没想到，这次来验证口供的却不是赵高的爪牙，而恰恰是二世皇帝派来的人。赵高拿到这份最后的供状时，嘴角掠过一丝旁人不易察觉的笑容。
赵高将判决递了上去，胡亥高兴地说："多亏了赵君啊，不然我被丞相卖了都不知道。"
秦二世二年（前208）七月，曾经伴随始皇帝驰骋天下叱咤风云的丞相李斯，和次子一起被腰斩于咸阳。临刑前，李斯发出了一生中的最后一次感叹。
这声苍凉的感叹遂成经典，无数次地被后世史家与文人转引于各种著述之中。据《史记》载，李斯迈出监狱的那一刻，忽然回头对儿子说："吾欲与若复牵黄犬，俱出上蔡东门逐狡兔，岂可得乎！？"，"遂父子相哭，而夷三族。"
