营北部边防，保守秦都咸阳的安全，蒙恬从此开始十余年守边，对北部的山川地形作好深入了解，为日后反击匈奴作好了准备，另一方面，始皇帝下令修缮长城，秦朝与匈奴等北方少数民族的边界长达万里，处处派兵防驻是不现实的，而匈奴人以骑兵为主，机动性强，移动速度快，为了更好防御匈奴人南下，秦朝下定了以墙防骑的防御方针，下令全面修复原秦、赵、燕修筑的长城，并将其相连，形成了一道西起临洮东至辽东的万里长城。
修驰道筹粮饷
秦始皇同时还修驰道、筹粮饷，在统一六国后的当年，秦始皇就下令在全国修筑驰道，第一条就是通往北地（郡治义渠，今甘肃宁县西北）和陇西（郡治狄道，今甘肃临洮），而秦始皇当上皇帝后的第一次视察工作，就是去北地和陇西，视察防务。随着始皇帝又设黄（今山东黄县东）、陲（今山东福山）、琅邪（今山东胶南）三大粮仓，为北事提供后勤保障。
于是当年秦始皇东巡，特别视察了右北平、渔阳、上谷、代郡、雁门、云中、上郡等地，视察工作结束后，秦始皇下达了发兵三十万，北打匈奴的决定。之后，秦始皇派蒙恬驻兵上郡，防御匈奴。
收复河南地
秦帝国把此次战役的目标s定为收复河南地，恢复当初赵武灵王所开辟的边界，是比较明智和务实的，匈奴的主力大部在阴山地区和贺兰山地区，南下河南地的力量相对比较薄弱。
秦国作了多年战争准备，攻击非常猛烈。蒙恬率三十万大军经陇西北上，迅速攻占了河套北部地区，同时在北地、陇西的秦军也向河套南部地区发攻。
面对秦帝国的忽然发力，匈奴人没有什么准备，在河南地的匈奴兵又多为分散的部落，丝毫不能抵抗大秦的铁骑，纷纷溃败，秦国很快就收复了河南地，一直推到了北河（今乌加河）。
北逐匈奴
在争夺了河南地后，蒙恬清醒的认识到匈奴人必然不甘心失去河南地，肯定会组织反扑，于是他先下手为强，在第二年又向率主力渡河，杀入阴山和贺兰山高地，在高阙、阳山、北假等地寻找到匈奴主力，与其展开激战。匈奴领袖头曼单于正集结起兵力，准备南下，不料秦军又一次杀来，措手不及，而秦军的士兵、数量、兵种上都拥有优势。蒙恬的部队连战连捷，给予了匈奴巨大的打击。头曼单于被迫退出了阴山和贺兰山高地，北撤七百余里，退到阴山以北的漠南一带游牧。
至此，蒙恬对匈奴用兵，轻松取得完胜。而此后，蒙恬的三十万大军一直驻扎北边，威慑匈奴，秦始皇随后在河南地设置了九原郡，置三十四县，并在公元前211年北迁三万户，开发河南地，使这里成为了富庶的新秦，成为了抗击匈奴的后方基地。
修筑长城
出于当时的形势所迫，在同匈奴奴隶主贵族的斗争中，秦朝又修筑了举世闻名的伟大工程──长城。
公元前213年（秦始皇三十四年），秦朝把过去秦、赵、燕三国长城连接起来，修筑一条从临洮（甘肃岷县）一直到辽东碣石的万里长城。这条长城，对于抵御匈奴的骚扰，保障内地人民生产和生活的安定，起了重要的作用。
修建长城，是为了保护北部边境人民的生命财产的安全，其目的也是为了减少人民的负担；由于匈奴是游牧民族，其骑兵活动范围很大，没有长城的话，要很多军队来防守，这会给人民增加很大的负担。秦始皇修长城不是他开创的，他只是把原来秦国，赵国和燕国北边原有的长城连接起来，而史书上却把修长城造成的苦难全归罪于秦始皇，这是不符合事实的。
原来各国之间都有一些长城，但北方的长城不完整；统一后他下令把原来国之间的长城拆除，再把原来秦、赵、燕三国北边的长城连接起来，以防止北方匈奴的南侵。
开拓边疆
为了进一步巩固这里的统治，秦始皇于公元前211年迁三万多户居民到北河、榆中（内蒙古伊金霍洛旗以北），垦田生产，开拓边疆。这次大规模的移民，无论在经济上、军事上均有重要意义。它不仅有力地制止了匈奴的抢掠，而且促进了这一地区的开发。
影响
蒙恬北伐匈奴的胜利，不仅有力地制止了匈奴奴隶主贵族对中原的抢掠，而且进一步促进了这一地区的开发。在长期的交往和劳动中，不少匈奴人南迁中原，逐渐同秦人及其它各族人民共同居住和生产，促进了民族的大融合。北击匈奴，夺回河套地区，并使该地区永远成为中国的版图。“东至海暨朝鲜，西至临洮、羌中，南至北向户（北回归线以南），北据为塞，并阴山至辽东。”
此外，在北方击退匈奴的同时，公元前219年与公元前214前，秦始皇还前后两次发动了对百越的战争，修筑了灵渠，对岭南地区进行了开发，将该地区首次纳入了中国的版图。
而在西南地区，秦始皇开通往了西南的五尺道，大致自今四川宜宾至云南曲靖一线，控制了当地的部族国家，将政治势力伸入了云贵高原。
