赵惠文王在位前期，东方六国以齐国最为强盛，齐国与秦国各为东西方强国。
赵惠文王十五年（公元前284年），名将乐毅同时担任燕、赵之相，联合秦、韩、魏，形成五国联军伐齐，大败齐军。
赵惠文王十六年（公元前283年），廉颇带领赵军长驱深入齐境，攻取阳晋，威震诸侯，廉颇班师回朝，官拜上卿（上卿为当时高级爵位）。
赵惠文王十六年（公元前283年），赵国得到和氏璧，秦国提出愿以十五城换之，赵国派蔺相如出使秦国，蔺相如仅仅是宦官缪贤门下的“舍人”。经缪贤向惠文王荐举，身携“和氏璧”，充当赵使入秦。蔺相如以他的大智大勇完璧归赵，取得了对秦外交的胜利。
其后秦伐赵，占领了石城。第二年，秦国再次攻打赵国，杀了二万赵军。这时秦王欲与赵王在渑池会盟言和（今河南渑池县西），赵王害怕，不愿前往。廉颇和蔺相如商量认为赵王应该前往，以显示赵国的坚强和赵王的果敢。赵王与蔺相如同往，廉颇相送，而未达到低洼大与赵王分别时说：“大王这次行期不过三十天，若三十天不还，请立太子为王，以断绝秦国要挟赵国的希望。”
廉颇的大将风度与周密安排，壮了赵王的行色，同时由于相如渑池会上不卑不亢的与秦王周旋，毫不示弱地回击了秦王施展的种种手段，不仅为赵国挽回了声誉，而且对秦王和群臣产生震慑。最终使得赵王平安归来。
渑池会结束以后，由于蔺相如功劳大，被封为上卿，位在廉颇之上。
廉颇说：“我是赵国将军，有攻城野战的大功，而蔺相如只不过靠能说会道立了点功，可是他的地位却在我之上，况且蔺相如本来是个平民，我感到羞耻，在他下面我难以忍受。”并且扬言说：“我遇见相如，一定要羞辱他。”相如听到后，不肯和他相会。相如每到上朝时，常常推说有病，不愿和廉颇去争位次的先后。没过多久，相如外出，远远看到廉颇，相如就掉转车子回避。
于是蔺相如的门客就一起来直言进谏说：“我们所以离开亲人来侍奉您，就是仰慕您高尚的节义呀。如今您与廉颇官位相同，廉将军口出恶言，而您却害怕躲避他，您怕得也太过分了，平庸的人尚且感到羞耻，何况是身为将相的人呢！我们这些人没出息，请让我们告辞吧！”蔺相如坚决地挽留他们，说：“诸位认为廉将军和秦王相比谁厉害？”回答说：“廉将军比不了秦王。”相如说：“以秦王的威势，而我却敢在朝廷上呵斥他，羞辱他的群臣，我蔺相如虽然无能，难道会怕廉将军吗？但是我想到，强大的秦国之所以不敢攻打赵国，就是因为有我和廉将军在呀，如今两虎相斗，势必不能共存。我所以这样忍让，就是为了要把国家的急难摆在前面，而把个人的私怨放在后面。”
廉颇听说了这些话，就脱去上衣，露出上身，背着荆条，由宾客带引，来到蔺相如的门前请罪。他说：“我是个粗野卑贱的人，想不到将军您是如此的宽厚啊！”二人终于相互交欢和好，成为生死与共的好友。
赵惠文王二十年（公元前279年），廉颇向东攻打齐国，破其一军。
赵惠文王二十三年（公元前276年），楼昌领兵进攻魏国几邑（今大名），未能夺取。之后廉颇再次进攻，将几成功占领。
赵惠文王二十四年（公元前275年），廉颇伐魏，攻陷防陵（今河南安阳南二十里），筑城而还，随后又攻取了安阳（今河南安阳县西南四十三里）。
赵惠文王三十年（公元前269年），秦昭襄王不满赵惠文王违背盟约，出兵进攻赵地阏与（今山西和顺）。赵将赵奢率兵增援阏与，大破。不甘失败的秦王又发兵攻几，廉颇救几，再破秦军。
赵惠文王三十三年（公元前266年），赵惠文王卒，孝成王立。这时，秦国采取应侯范雎“远交近攻”的谋略，一边跟齐国、楚国交好，一边攻打临近的小国。
赵孝成王四年（公元前262年），秦国进攻韩地上党。上党的韩国守军孤立无援，太守冯亭便将上党献给了赵国。于是，秦赵之间围绕着争夺上党地区发生了战争。这时，名将赵奢已死，蔺相如病重，执掌军事事务的只有廉颇。于是，赵孝成王命廉颇统帅赵军阻秦军于长平（今山西晋城高平市西北）（参见长平之战）。
当时，秦军几次打败赵军，已南取野王（今河南沁阳），北略上党（今山西东南部部分地区），切断了长平南北联系，士气正盛，而赵军长途跋涉而至，不仅兵力处于劣势，态势上也处于被动不利的地位。面对这一情况，廉颇正确地采取了筑垒固守，疲惫敌军，相机攻敌的作战方针。他命令赵军凭借山险，筑起森严壁垒。尽管秦军数次挑战，廉颇总是严束部众，坚壁不出。同时，他把上党地区的民众集中起来，一面从事战场运输，一面投入筑垒抗秦的工作。赵军森严壁垒，秦军求战不得，无计可施，锐气渐失。廉颇用兵持重，固垒坚守三年，意在挫败秦军速胜之谋。
秦国看速胜不行，便使反间计，让赵王相信秦国最担心、最害怕的是用赵括替代廉颇。赵王求胜心切，终于中了反间计，认为廉颇怯战，强行罢廉颇职，用赵括为将。虽然赵括母亲力谏，指出只知纸上谈兵的赵括不适合担此重任，但赵王不听，任用赵括为将军。赵括代替了廉颇的职务后，完全改变了廉颇制定的战略部署，撤换了许多军官。秦国见使用赵括为将，便暗中启用武安君白起率兵攻赵。大败赵括军于长平，射杀赵括，坑赵兵四十余万。
第二年，秦军包围了邯郸，达一年多时间，赵国几近灭亡，全靠楚、魏两国军队来救助，才得以解除邯郸的包围。
赵孝成王十五年（公元前251年），燕王喜派丞相栗腹同赵国交好，栗腹回国后向燕王提议：“赵国的壮丁都死在了长平，遗孤还没长大，可乘机进攻。”燕王于是出动了两支军队，两千辆战车，命栗腹率军进攻鄗城，卿秦率军进攻代地。
赵王派廉颇领兵反击，在鄗城大败燕军，杀死栗腹，俘虏了卿秦、乐闲，之后又包围了燕国都城。燕国割让五座城请求讲和，赵王才答应停战。经此一战，赵王把尉文封给廉颇，封为信平君，并任假相。
此战赵军在名将廉颇的指挥下，利用燕军轻敌、疲劳，赵军则同仇敌忾，对来范之敌予以痛击，是中国历史上以少胜多的著名战例。
赵孝成王二十一年（公元前245年），廉颇带兵攻取魏地繁阳（今河南内黄县西北）。
同年，赵孝成王去世，其子赵悼襄王继位。
赵悼襄王一继位就解除了廉颇的军职，派乐乘代替在外领兵的廉颇。廉颇因受排挤而发怒，攻打乐乘，乐乘逃走。廉颇于是离赵投奔魏国大梁（今河南省开封市）。
廉颇去大梁住了很久，魏王虽然收留了他，却并不信任和重用他。赵国因为多次被秦军围困，赵王想再任用廉颇，廉颇也想再被赵国任用。
于是，赵王派遣使者去带着一副名贵的盔甲和四匹快马到大梁去慰问廉颇，看廉颇还是否可用。廉颇的仇人郭开却唯恐廉颇再得势，暗中贿赂使者，让他说廉颇的坏话。
赵国使者见到廉颇以后，廉颇在他面前一顿饭吃了一斗米，十斤肉，还披甲上马，表示自己还可有用。但使者回来向赵王报告说：“廉将军虽然老了，但饭量还很好，可是和我坐在一起，不多时就拉了三次屎。”赵王认为廉颇老了，就没任用他，廉颇也就没再得到为国报效的机会。
楚国听说廉颇在魏国，就暗中派人迎接他入楚。廉颇担任楚将后，没有建立什么功劳。他说：“我思用赵人。”但赵国终究未能重新启用他，致使廉颇抑郁不乐，最终死在楚国的寿春（今安徽省寿县）。
廉颇死后不久，赵国便被秦国灭亡（参见秦灭赵之战）。
唐朝建中三年（公元782年），礼仪使颜真卿向唐德宗建议，追封古代名将六十四人，并为他们设庙享奠，当中就包括“赵信平君廉颇”。同时代被列入庙享名单的只有：孙膑、田单、赵奢、李牧、王翦而已。
及至宋代宣和五年，宋室依照唐代惯例，为古代名将设庙，七十二位名将中亦包括廉颇。
赵胜：“廉颇为人勇騺而爱士；知难而忍耻，与之野战则不如，持守足以当之。”
刘恒：“嗟乎！吾独不得廉颇、李牧，时为吾将，吾岂忧匈奴哉！”
冯唐：“天下之将，独有廉颇李牧耳。”
贾谊：“吴起、孙膑、带佗、倪良、王廖、田忌、廉颇、赵奢之伦制其兵。”
司马迁：“廉颇者，赵之良将也。以勇气闻於诸侯。”
谷永：“赵有廉颇、马服，强秦不敢窥兵井陉。”
《世说新语》：“廉颇、蔺相如虽千载上死人，懔懔恒如有生气。”
司马贞：“清梠凛凛，壮气熊熊。各竭诚义，递为雌雄。和璧聘返，渑池好通。负荆知惧，屈节推工。安边定策，颇、牧之功。”
《十七史百将传》：“廉颇者，赵之良将也。伐齐，大破之，取晋阳，拜为上卿，以勇气闻于诸侯。”
刘克庄：“浪说三遗矢，犹堪一据鞍。君王不自试，耳目信人难。”
邵雍：“廉颇白起善用兵，苏秦张仪善纵横。”
徐钧：“遗矢谗言弃老成，肉多饭健尚精神。可怜一点狐丘志，到死犹能用赵臣。”
陈普：“长年霜骨白皑皑，廉蔺羞颜似湿灰。白起杀心如未谢，二家随璧献章台。”
李曾伯：“在楚犹在赵，始终同一颇。晚年犹矍铄，劲气肯消磨。”
陈元靓：“赵用廉君，咸阳畏邻。及罢推毂，谁能抗秦。盛衰在运，兴替由人。房陵流落，为听谗臣。”
程登吉：“汉武内多欲而外施仁义，廉颇先国难而后私仇。”
王夫之：“有良将而不用，赵黜廉颇而亡，燕疑乐毅而偾。”
黄道周：“廉颇赵卿，位下则争。一闻公言，肉袒负荆。赵括代将，长平卒坑。再起袭燕，得燕五城。悼襄不用，奔魏以明。赵困思颇，遣使察情。上马示健，善饭示英。使受仇金，遗矢毁名。愧为楚将，思用赵兵。寿春之死，悒悒不平。”
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