范雎听后，惭愧地退出，将白起的话告诉了昭襄王。昭襄王说：“没有白起，我就不能灭掉赵国了吗？”
于是在秦昭襄王五十年（前257年），昭襄王继续增兵，改派王龁替王陵为大将，八、九月围攻邯郸，久攻不下。楚国派春申君黄歇同魏信陵君无忌率兵数十万攻秦军，赵军常派出轻锐的小股部队骚扰秦军后方，秦军伤亡惨重。
白起听到后说：“当初秦王不听臣的计谋，结果如何？”
昭襄王听后大怒，亲自去白起府上，强令他出兵，说：“您虽然有病，也得勉强自己卧着为寡人带兵。有了战功，这是寡人希望的，会重赏您。如果您不去，寡人就会怨恨您。”
白起叩头道：“臣下知道去了即使没有战功，也可以免除罪过。如果不去，即便没有罪过，也免不了被杀。然而臣下只是希望大王能够看一看臣下不高明的计策，放弃赵国，让百姓得到休养生息，以应付诸侯之间出现的变故。安抚恐惧者，攻打傲慢者，诛灭无道者，以此来号令诸侯，天下就可以平定，为什么一定要把赵国作为首先进攻的对象呢？这就是所说的被一个大臣屈服却战胜天下人。大王如果不详察臣下的愚计，一定要在赵国得到心理上的满足，以致于降罪臣下，这也是所说的战胜一个大臣，却被天下人屈服。战胜一个大臣的威严，同战胜天下人的威严相比，哪个更大呢？臣下听说贤明的君王爱惜国家，忠诚的大臣爱惜名誉。破碎的国家不可能重获完整，死去的人不可能死而复生。臣下宁愿受重罚而死，不忍做蒙受耻辱的军队的将领。希望大王详察。”昭襄王听后，没有答话就离开了。
随后范雎再度请求白起复出，白起仍称病不起。昭襄王于是将白起贬黜为士伍，放逐至阴密。由于病体不便，白起并未立即启程。三月后，秦军战败消息不断从邯郸传来，昭襄王更迁怒于白起，命他即刻动身不得逗留。白起只得带病上路，行至杜邮（今陕西省咸阳市任家咀村），昭襄王与范雎商议，以为白起迟迟不肯奉命，“其意怏怏不服，有余言”，派使者赐剑命其自刎。临死前，白起仰天长叹：“我对上天有什么罪过，竟落得如此下场？”良久之后，他又说：“我本来就该死。长平之战，赵军降卒几十万人，我用欺骗的手段把他们全部活埋了，这就足够死罪了！”说罢便引剑自刎。时为秦昭襄王五十年（前257年）十一月。
白起担任秦军主将三十余年，攻城七十余座，于作战中料敌如神，出奇致胜，威震六国[90]，在秦统一六国的进程中做出了巨大的贡献。他的作战指挥艺术，代表了战国时期战争发展的水平。其军事思想主要如下：
不以攻城夺地为唯一目标，而是以歼敌有生力量作为主要目的的歼灭战思想，而且善于野战进攻，战必求歼，这是白起最为突出的特点。歼灭战的战例、理论，在白起之前也已开始出现，如孙膑认为只有“覆军杀将”、全歼敌军才算全胜。但以歼灭敌军有生力量作为作战指导思想，并在中国先秦战争史上创造最多、最大而又最典型的歼灭战战例的，则是白起。
为达歼灭战目的强调追击战，对敌人穷追猛打。如华阳之战、伊阙之战等，都是在敌军已经败北逃走的情况下，发起穷迫猛打的追击战，从而获得全歼敌军的胜利。春秋孙武的“穷寇勿追”及战国商鞅的“大战胜，逐北无过十里；小战胜，逐北无过五里”，实际上仅仅是战场内追击，和白起的穷追猛打、直到尽歼敌军为止的追击战有本质的不同。
重视野战筑垒工事。白起对筑垒工事在野战中的作用，有深刻认识。以长平之战为例，他认为按当时的进攻武器水平，要想迅速击破依托有利地形构筑了壁垒工事而进行防御的赵军，是很难达到目的的，所以他作战指导的主要着眼点，就是先诱赵军脱离坚固设垒阵地，然后再分割包围予以歼灭，而他对秦军的部署，则是在预期歼敌地区，构筑壁垒工事，以阻止赵军进攻；在赵军主力进攻受挫，改为就地筑垒防守待援时，白起又在赵军营垒周围，构筑壁垒工事，防止赵车突围。可见白起重视野战筑垒的思想，对长平之战的胜利是起了一定作用的。此前的野战筑垒都是在营地四周构筑，主要目的保护自身免受敌军奇袭。将筑垒工事作为进攻的辅助手段，用于防止被围敌军突围逃走，是白起的创造性发展。
此外，白起在作战的指导中，还使用了远程奔袭。如华阳之战，他由咸阳出发，以平均每日百里的急行军，八日到达华阳。这对《孙子兵法》所说的“卷甲而趋，日夜不处，倍道兼行，百里而争利，则擒三将军”来说，也是一个发展。他的军事思想是秦国兼并战争实践活动的产物，对后世兵学颇有影响。
白起指挥许多重要战役，平生大小七十余战，没有败绩。其平生主要的军事活动见下表：
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