暴虐，使這種矛盾達到了白熱化程度。一場反秦的農民大起義，終於爆發了。
公元前209年七月，在現在安徽、河南交界地區，有一支九百人的農民隊伍，被徵調去漁陽（今北京密雲西南）守邊。其中陳勝和吳廣，也屬被徵之列，並且還被指定為屯長。
陳勝，陽城（今河南登封）人，是個僱農；吳廣，陽夏（今河南太康）人，是個貧農。當他們到達蘄縣大澤鄉時，遇到了大雨，誤了去漁陽的期限。按照秦朝法律規定，延誤期限將處以死刑。怎麼辦呢？陳勝和吳廣一商量，決定發動起義，好從死亡中殺出一條生路來。
開始，在一位“卜者”（算卦先生）的啟發下，陳勝和吳廣在薄綢（帛）上，用硃砂寫下了“陳勝王”三個紅字，並把它裝在魚肚子裡。一天，戍卒買來魚，剖開魚肚子，意外地發現了魚肚子裡的薄綢和紅字，感到非常驚異。到了晚上，吳廣又跑到附近神廟，點起燈籠，裝作狐狸的叫聲：“大楚興，陳勝王”。戍卒聽到這叫聲，更加感到詫異。第二天，大家議論紛紛，傳說著這件怪事。
接著，陳勝、吳廣就尋找起義的時機。有一天；押送戍卒的將尉（管理戍卒的小軍官），正喝得酩酊大醉。吳廣乘此機會，揚言要逃走，故意將將尉激怒。將尉在盛怒之下，當眾鞭打吳廣，激起了成卒的憤怒。這時，將尉又拔出佩劍，沒想到吳廣手快，乘勢奪下佩劍，並將將尉刺死。在陳勝幫助下，吳廣把另外一個將尉也殺了。於是，陳勝將戍卒召集在一起，對大夥說：“弟兄們！我們遇到大雨已經延誤了期限，按規定應處死刑。就是不被處死，因守邊而死的，恐怕也不在少數。壯士不死便罷，死就要死得壯烈，那些王侯將相難道是天生的！”這番富於鼓動性的話，把大家都發動起來了。戍卒紛紛表示贊同，並且袒露著右肩，設壇舉行盟誓。
起義爆發後，他們“斬木為兵，揭竿為旗”，很快就攻佔了大澤鄉，又攻下了蘄縣。於是，陳勝命令葛嬰率軍攻打蘄縣以東地區，而主力軍則向西北挺進，先後攻下銍（zhì至，今安徽宿縣西）、酇（cuó，今河南永城西）、苦（今河南鹿邑）、柘（zhè蔗，今河南柘城）、漁樵（qiáo瞧，今安徽亳縣）等地。當起義軍到達陳縣（今河南淮陽）時，隊伍得到了迅速的發展，已經有兵車六、七百乘，騎兵一千多人，步兵幾萬人。當時，陳郡郡守（郡的最高長官）和陳縣縣令都逃跑了，只留下郡丞（地位僅次於郡守）率領秦軍抵抗。起義軍殺了郡丞，佔領了陳縣。過了幾天，陳勝召集陳縣三老（掌管教化的鄉官）、豪傑商議大事。他們都建議陳勝稱王。陳勝便自立為王，國號“張楚”，又以吳廣為假主（地位僅次於王）。
政權建立後，起義軍就舉行西征和北伐。西征的起義軍有三支：一支由吳廣率領，圍攻滎陽；一支由周文率領，直搗關中；一支由宋留率領，南下南陽，進逼武關。
吳廣統率西征軍，屢戰屢勝，進軍順利，準備攻克三川郡，直取咸陽。但是，西征軍在攻打滎陽時，遇到了由郡守李由率領的秦軍的頑抗，結果滎陽久攻不下，形成了膠著的狀態。
吳廣滯阻滎陽，陳勝聞訊之後，便命令周文率軍西征。周文避開秦軍主力，沿途沒有遭遇大的抵抗，於公元前209年九月，順利攻入關中，直抵戲亭（今陝西臨潼東）。這支起義軍沿途不斷壯大，已經有兵車千乘，戰士幾十萬人，直接威脅著秦都咸陽。
訊息傳來，秦二世恐慌萬狀，立即採用章邯的主張，釋放驪山刑徒和奴產子，傾盡全力組織反撲，並調王離的軍隊來增援。周文沒有及時進攻咸陽，給敵人留下了喘息的機會，加上孤軍深入，後援斷絕，結果兵敗受挫，只好退出關中，最後在澠池（今河南澠池西）戰敗自殺。
當時吳廣久攻滎陽不下，吳廣的部屬回臧，得知周文兵敗，秦軍很快可以打到滎陽，便與李歸等人商量，竟假借陳勝的命令，擅自將吳廣殺掉。南線宋留的起義軍，也遭到了失敗。這樣，局勢更加惡化了。
起義軍西征的同時，陳勝還派武臣、張耳、陳餘等人，率領三千兵力舉行北伐，去進攻原來趙國的地方。這支起義軍從白馬津（今河南滑縣北）渡過黃河，進入趙地，迅速發展成為幾萬人的隊伍。但是北伐軍成份複雜，後來發展成裂土稱雄的割據勢力。公元前209年八月，當北伐軍入據原趙國都城邯鄲以後，武臣便公開宣佈自立為趙王。接著，武臣派去攻取燕地的韓廣，也在原來燕國自立為燕王。此外，還有舊貴族田儋（dān）自立為齊王，以及進軍魏、齊的周市（fu扶），也逼迫陳勝立舊貴