秦始皇十年（前237年），桓齮被拜为将军，秦始皇十一年（前236年），桓齮与王翦和杨端和攻赵邺，一开始没能攻取邺，而是攻取了其他九城。王翦接着进攻阏与、橑杨，未攻下。于是，三支部队合并，由王翦统领。过了18天，王翦带军回秦国。紧接着，秦国斗食以下什推二人从军，王翦再次带军攻赵，取邺、安阳后，由桓齮统领，驻扎在这里。
赵王迁二年(前234年)，秦国大将桓齮攻取赵的平阳(今河北省邯郸市磁县东南)、武城(今山东省武城西)，赵将扈辄率兵赴救，兵败被杀于武遂，赵军10万被斩首。
秦始皇十四年，也就是赵王迁三年(前233年)，桓齮从上党越太行山进攻赵的赤丽、宜安(石家庄东南)，与赵将李牧战于肥下(宜安东北)，为李牧所败，秦军撤退。公元前229年，桓齮跟随王翦攻赵，桓齮战败被赵将李牧击杀。
桓齮畏罪逃至燕国的说法毫无根据(《战国策》说是战败被杀。司马光在《资治通监》记载“秦师败绩，桓齮奔还”。现代人杨宽的《战国史》认为桓齮就是樊於期，秦王政大怒，曾悬赏“购将军首金千斤，邑万家”，但杨宽的说法完全是无中生有，毫无根据）。
记载
《史记·秦始皇本纪》：
十年，相国吕不韦坐嫪毐免。桓齮为将军。十一年，王翦、桓齮、杨端和攻邺，取九城。王翦攻阏与、橑杨，皆并为一军。翦将。十八日，军归。斗食以下什推二人从军，取邺、安阳。桓齮将。
十三年，桓齮攻赵平阳，杀赵将扈辄，斩首十万。王之河南。正月，彗星见东方。十月，桓齮攻赵。十四年，攻赵军于平阳，取宜安，破之，杀其将军。桓齮定平阳、武城。
《战国策·赵策四》
秦使王翦攻赵，赵使李牧、司马尚御之。李牧数破走秦军，杀秦将桓齮。
《资治通鉴》
始皇帝
十一年，将军王翦、桓齮、杨端和伐赵，攻邺，取九城。王翦攻阏与、轑阳，桓齮取邺、安阳。
十三年，桓齮伐赵，败赵将扈輙于平阳，斩首十万，杀扈輙。赵王以李牧为大将军，复战于宜安、肥下，秦师败绩，桓齮奔还。赵封李牧为武安君。
十四年，桓齮伐赵，取宜安、平阳、武城。