秦始皇死后，秦二世胡亥即位。二世宠信赵高，赐死扶苏，诛杀多位旧臣，包括蒙恬、李斯等人。当秦二世准备加害蒙恬时，子婴曾劝阻二世说：“赵王迁杀死李牧而任用颜聚，齐王建杀死他前代的忠臣而任用后胜，结果都使国家灭亡。蒙氏，是秦国的大臣、谋士啊！而陛下您想一时就把他们杀掉，臣私下认为不妥。诛杀忠臣而举用没有德行的人，是使朝廷内群臣互不信任，而使在外的将士们意志丧失啊！”但秦二世不听从他的谏言。
秦二世在位三年，被赵高所杀。赵高欲自立为王，但发现群臣并不支持，于是迎立子婴即位，并将玉玺交给他。赵高声称民变起后，秦地比统一前更小，故不应该称“皇帝”，而只合适称“王”。
前207年九月，赵高令子婴实行斋戒，要到宗庙行礼，接受传国的玉玺；经过了五天。子婴与他两个儿子及宦者韩谈谋议说：“丞相赵高在夷望宫杀了秦二世，害怕群臣们诛杀他，便假作是行德义而立我为王。我听说赵高竟与楚国约定，消灭我国的宗族后瓜分土地在关中称王。现在要我斋戒，到宗庙敬祀祖先，这是想趁机在宗庙中杀死我。我推托有病不能去，丞相一定会亲自来到我这里；他一来我们就杀了他。”赵高几次派人来请，子婴都不去宗庙。果然他亲自来到斋宫，子婴便命令韩谈刺死赵高，并随即把他的家人全部处死。
刘邦率领秦末其中一支起义军进入关中，子婴派遣将领率兵到峣关阻击刘邦军队，刘邦带军绕过峣关，越过蒉山，在蓝田一带两度大败秦军。前206年十月，进入武关，在到达灞上后派人劝子婴投降，并得到子婴的同意。子婴遂与妻子用绳绑缚自己，坐上由白马驾驶的白色马车，身穿葬礼装束，并携同皇帝御用物品(包括玉玺和兵符)，在轵道亲自到刘邦的军前投降。子婴共当了46天秦王。
秦代在子婴投降的一刻正式灭亡。樊哙提议杀了子婴，刘邦并没有处死子婴，而是把他交给随行的吏员看管。
一个多月后，项羽亦率领大军到达关中。刘邦的部将曹无伤向项羽称刘邦将以子婴为相而自立为关中王，结果项羽设下了鸿门宴。项羽入咸阳城后，立刻杀死子婴，并进行了大屠杀及纵火。