公元前218年，也是秦始皇袭王位的第二十九年，初春，秦始皇再次出函谷关巡行东方。此次路线设计与上次几近相同，经阳武县，至齐地，登芝罘山，过琅琊，从上党取路而归。
与前两次巡游目的明确相比，秦始皇第三次巡游目的似乎并不明，但从《史记·高祖本纪》记载以及此次路线安排或可猜测一二。《史记·高祖本纪》记载：“始皇尝曰：‘东南有天子气。’于是东游以厌之。”由此可见，秦始皇对被自己征服的六国颇不放心，认为东南之地的统治还不够巩固，因此要经常东巡以压迫东方的天子之气。从另一角度来看，秦始皇此次游行路线与第一次东游路线几乎完全一致，也表明其心中所念，即寻仙访药之事。徐福带领童男童女代帝王寻仙访药而去，久候不得佳音，使得秦始皇不得不再次到琅琊，接见方士。
然而，秦始皇这次巡游并不顺利，车驾刚刚抵达阳武县博浪沙（今河南原阳），一场意外发生了。庞大的皇帝巡游队伍竟然遇到了刺客狙击，从某一种角度上说，这也证明了秦始皇对东南之地统治不稳固的猜测。
古时博浪沙在阳武县南，三川郡东，正居于战国时韩魏两国交界，秦时秦始皇“治驰道”经博浪沙，连接洛阳到大梁，使之成为咸阳至东方的要道。虽为要道，但因属邙山余脉，北临黄河，南临官渡河，受水患之影响，环境并不好，眼望之处沙丘连绵起伏，沙丘上荆棘丛生，野草至人高，沙丘低洼之处，水洼连成一片，芦苇丛生，确是一个好的行刺之地。
当日，秦始皇一行行至博浪沙之地，道旁杂草荆棘之中猛然窜出一个大力士，手提120斤大铁锤，扬臂将铁锤扔向豪华的车队，铁锤击中副车，秦始皇虽遭受惊吓，但躲过一劫。秦始皇大怒，在古博浪沙遍寻刺客不得，更诏令天下遍索刺客，但终未得。然而，在《史记·留侯世家》中记载，此次行刺组织者实为张良。
张良为韩人，其家族先人五代为韩国相。秦灭韩时，张良年少，还没有入堂为官，但因家族世代受韩恩惠，发誓要为韩灭报仇。张良愿散尽家财，以求刺客。张良曾经于淮阳学礼，又向东见到了沧海君，这位沧海君是东夷的首领。在沧海君那里，张良找到了一个大力士，还得到了一个重达120斤（大约是现在的31公斤）的大铁锤。他带着力士和铁锤归秦，伺机刺杀秦始皇。
当得知秦始皇将再次东巡时，张良就选择了博浪沙作为行刺之地，事先埋伏在此。原本天子的车驾是六匹马拉的“六驾”之乘，大臣是“四驾”之乘，行刺之时很好区别，但秦始皇曾多次遇袭，对此早有防备。在巡游路上，国尉尉缭准备了多辆六马拉的“六驾”副车，以保护秦始皇的安全。当秦始皇经过博浪沙，大力士准备刺杀时，一时无法弄清秦始皇到底乘坐哪辆车，因此产生了误中副车的局面。然而，进行刺杀的两人并不知道自己所击中的是副车，而副车中乘坐之人已毙，两人快速闪进荆棘、芦苇之中。此后，张良便更改姓名，逃匿于下邳。
秦始皇遇刺并不是一个单独事件，从这里可以反映出在秦帝国统治下人民对秦统治的态度。春秋战国时期，思想虽“百家争鸣，百花齐放”，但其主流思想依然是“天下之大莫非王土，率土之滨莫非王臣”的家臣思想，且死士、刺客思想盛行。这种观念一直延续到汉代，《史记》专门为刺客列传，以及流传于当时市井、通俗文化的刺客故事都在一定程度上表达了人民的这种思想。秦灭六国之后，六国的臣子们以“君死臣从”之心，不断反对秦始皇，并试图一再刺杀他。
此次古博浪沙遇刺是秦始皇第三次遭遇近距离行刺，其他被扼杀于萌芽之中或者被侍卫阻拦的不成功刺杀可能数不胜数，也正因为如此，秦始皇的侍卫队能够很好地预防、化解行刺事件。张良颇有谋略，他处心积虑、精心策划的古博浪沙刺杀行动，虽给秦始皇侍卫队一个措手不及，但依然没有成功就是最好的证明。秦始皇以及他的侍卫队对遭遇刺杀这样的事习以为常，早已做了缜密而细致的安排。所幸以张良之才，享古博浪沙之地利，行刺虽没有成功，终是成功逃脱，而秦始皇听闻刺客逃脱后大怒，发布了天下“通缉令”，是对这次侍卫队没有很好地解决此次遇刺事件，表示出的最大不满。这些事实无一不证明，秦始皇遇刺已然非常频繁。
秦始皇灭六国大一统后，一改周制，力行法制统治，有时为了推行法制，甚至不惜采用直接暴力的手段，激起了人民的痛恨。且灭六国之战刚刚结束，秦始皇立即责令大量人力、物力“筑长城”、“治驰道”，到处抓壮丁，人民苦不堪言，丝毫没有体会到大一统后的优越，而生活却比六国时期更苦，这样的做法使人民将怨念投注到导致这一结果的秦始皇身上，刺杀他，恢复原来的生活便成了人民最迫切的愿望。从这些证据来看，秦始皇古博浪沙遇刺并不是一个简单的偶然事件，而是一种发展之必然。
然而，统一六国的秦始皇其魄力、胸怀不能以常人而度。古博浪沙遇刺之后，他虽大怒，下令“大索天下”，但并没有停下巡游的步伐，而是继续东行，登芝罘，巡琅琊，并在芝罘山刻石歌功颂德，然后取道上党回咸阳。
关于第三次东巡中古博浪沙遇刺后的路程，史书上没有更详细的记载，《史记·秦始皇本纪》中只有数言：“登芝罘，刻石。……旋，遂之邪，道上党入。”简单的15字讲述了秦始皇遇刺后的行程。
秦始皇第三次巡游是仲春二月出发，路上没有耽搁，来回只用了两个月时间，但却在琅琊驻留一个月，这样的安排似乎同第二次巡游时获知海上有仙山，山上有仙人和长生不老之药有关。不过，这一次他东游海滨也没有得到令人高兴的消息，只好无功而返，而且似乎心情也并不好。
《史记·封禅书》记载，秦始皇在归途中曾经抵达恒山，恒山为“五岳”中“北岳”，虽不如东岳泰山那么高壮雄伟，但山体巍峨，景色新奇、秀丽，也不失为一个好的颂德之地。按照秦始皇第二次巡游时，遇高山必登拜的习惯，“过恒山”时，定然会登高刻石，但在恒山上却并没有秦石碑的痕迹。字里行间可见此次巡游与第二次巡游心境之不同。
过恒山后，秦始皇“从上党归”，返回咸阳，结束了第三次巡游。
