第四阶段
国力总动员
面对险恶战局，赵括命令部队原地筑垒防御等待援兵 。秦军乘势合围赵军于谷地 。赵军被围的消息报到邯郸 。赵孝成王意欲合纵抗秦，遣使求救于临近的楚、魏等国 。但由于之前赵国使者入咸阳和谈得秦昭襄王厚遇，诸侯国不愿救赵 。赵孝成王只得派出本国的部队赶往长平前线救援 。
秦国方面，得知赵军主力已被合围，昭襄王亲自赶到河内郡，给所有的郡民赐爵一级，命郡内十五岁以上男丁悉数出征支援长平前线，阻击赵国援军，被围的赵军无法得到援助 。9月，在被困46天后，赵括在突围时被秦军射杀 。赵军伤病饿殍无法再战，只得全体投降 。秦军俘虏赵军近40万人，己方伤亡过半 。
坑杀赵卒
秦军对近40万降卒心有余悸 。白起假意许诺说准备把降兵中身体强健的带回秦国，而年老体弱伤残幼小的会放归赵国 。赵人不疑 。白起又以酒肉安抚降卒，后令秦兵以白布裹头，吩咐说“凡首无白布者，即系赵人，当尽杀之 。”赵国降卒不曾准备，又无器械，束手就戮 。40万赵军，一夜俱尽 。史载当时“血流淙淙有声，杨谷之水皆变为丹，至今号为丹水” 。唯有240名年纪幼小的赵兵被秦军放归赵国以散布恐慌，震慑山东六国 。坑杀赵卒的消息传入赵国，整个国家中“子哭其父，父哭其子，兄哭其弟，弟哭其兄，祖哭其孙，妻哭其夫，沿街满市，号痛之声不绝” 。
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