秦始皇出巡车队离开陇西郡，一路向东北到达北地郡。
北地，原是西戎族义渠部落的所在地。《史记》记载：“义渠戎王与宣太后乱，后诈而杀戎王于甘泉，遂伐义渠。于是秦有陇西、北地、上郡。”与义渠戎王私通的宣太后是秦昭襄王的母亲。并为戎王生下两个儿子。秦始皇统一六国后，将北地保留在秦初三十六郡之中。治所在义渠，在今甘肃庆阳县城西北三十五里的马岭镇。辖境有今宁夏青铜峡以东，包括今甘肃东北马莲河流域。
在北地，有两条与秦始皇有关的道路，都被当地人们称为“圣人道”。
一条“圣人道”，在今甘肃东部环县城东45公里处。这是一条运输粮食的道路。环县，秦时属北地郡富平县。嘉靖三十六年（1557）《庆阳府志》记述：“圣人道，县（环县）东九十里，秦始皇开通粮道。”出土“铚粟将印”，表明在秦朝设有专门的运粮官员。秦始皇修筑长城，不仅加强了边地的防务，而且促进了道路的开发修建。北疆交通主干线沿着长城走向，将北边的重镇联结起来。以主干线为中心，又形成了四通八达的交通网络。内地通过这些道路将粮草、装备运到北疆。在今天甘肃、内蒙古等地区，先后出土大量的秦代铁犁、度量衡器等，形状和规模与内地产品相差无几，表明这些生产工具和生活用具，都是从内地运到边地的。
另一条“圣人道”，在今甘肃庆阳东南部、子午岭南麓的正宁县境内。正宁县境内的“圣人道”与环县境内的那条“圣人道”不同，它不是道路支线，而是前215年，秦始皇所修“直道”的一部分。乾隆元年（1736）《甘肃通志》记述：“秦故道，在县（正宁县）东，《元和志》在襄乐县东八十里子午山，始皇至九原抵云阳即此道也，县志在今县东九十里雕岭上，俗名圣人道。”《古今图书集成》曾记载有一段从甘肃庆阳到达陕北延安的直道：“从山岭修成大路，可并行二三辆车，遇险阻则转折蜿蜒，从西塞外来，经庆阳入境，至西安嵯峨山而尽。不知何代为何而修。意始皇三十五年，使蒙恬除直道，由九原抵云阳，堑山堙谷千八百里，或即此也。”
直道，取名《索隐》所说“直通之”、“去长安千八百里，正南北相直道也”。秦始皇将匈奴驱逐到阴山以北，在匈奴旧境内置九原郡。为防匈奴南侵，秦始皇决定修筑直道。前212年动工至前210年竣工。全长900公里，约合今天700公里，宽60至164米。北起今内蒙古包头市西北，南至今陕西淳化，横穿陕、甘两省十四县。司马迁当年从北部边境返回长安经过直道归来时曾说：“行观蒙恬所为秦筑长城亭障，堑山堙谷，通直道，固轻百姓力矣！”
秦代在修筑直道时，还在直道路旁修建了离宫别馆。迄今发现两处宫殿遗址：一处位于陕西省志丹县永宁乡窑子村，在直道左侧，东西宽80米，南北长350米，高出地表15米左右。土台全部用夯土筑成，夯基厚7至15厘米。遗址出土大量建筑材料。从考察现场来看，该行宫规模较大。一处位于陕西省安塞县化子坪乡红花院，在直道东侧10米处。遗址东西长1000米，南北宽500米，中间高，四周低。现存夯土台基。遗址地表分布着大量的秦代筒瓦、板瓦、瓦当残片。板瓦、筒瓦制作规整，外饰绳纹。瓦当大多残缺难辨，只有卷云瓦当比较完整。瓦当图案均为阳文。
秦始皇西巡返回途中“出鸡头山”、“过回中”。
秦始皇所过鸡头山，在镇原县和成县两县的地方志之中都有记述。从地理情势考察，秦始皇西巡回归路线，要经过今天甘肃的西峰市、镇原县、崇信县等地。与镇原县东邻的崇信县有秦始皇射猎“赤城”遗迹。而成县在甘肃南部，如果秦始皇所出“鸡头山”在这个地方，那么，需要南下后再折返回来“过回中”，是无谓的绕道。
镇原县鸡头山。镇原县地处陇东黄土高原，境内曾出土秦代铜鍪。乾隆元年（1736）《甘肃通志》记述：“雉头山，在县（镇原县）西三十里，状如雉头，秦始皇二十七年巡陇西北地至雉头山即此。”除“雉头山”外，镇原县西25公里处的确还有一个鸡头山。地方志认为司马迁在《史记》中把“雉头山”误记为“鸡头山”。
成县鸡头山。乾隆元年（1736）《成县新志》记述：“秦始皇三十七年巡陇西北地登鸡头山，使长子扶苏监蒙恬军。”山川部分又记载：“鸡头山，县西南十五里，奇峰孤耸，直入云际，状似鸡首，因名。史称秦始皇西登鸡头山，命宫娥吹萧，使长子扶苏监蒙恬军。”成县地方志记述，提供秦始皇出巡有宫娥相随的资料。《三辅旧事》曾记载说咸阳“后宫列女，万有余人，妇人之气，上冲于天”。《阿房宫赋》也说宫女侍者千余人为秦始皇“作戏倡优”“泣喻而妖兮，纳其声声，丽颜歌长”。
相传，秦始皇西巡返回咸阳途中，曾经在今天甘肃崇信县境内田猎、筑城。乾隆元年（1736）《甘肃通志》记述：“赤城，在县西五十里，府志相传秦始皇田猎至此，筑城驻跸，以土赤故名。”史书记载秦始皇神勇善射，他在渭南建有用于射猎的专门场所。兴乐宫内有一个四十丈的高台，因秦始皇在台上射落大雁，所以名“鸿台”。秦始皇南巡时梦见与海神交战，博士建议用射杀大鱼蛟龙作为征候。后来他在芝罘果然用连弩射杀了一尾大鱼。
崇信县，在今天甘肃省东部，秦时为北地泥阳道。秦始皇在这里狩猎、驻跸并建筑的“赤城”，处在赤城塬上。赤城塬，因地处赤城乡得名。塬，是北部黄土高原地区被流水冲刷而形成高地的一种地貌，四边陡，顶上平，一般海拔1000米左右。赤城乡，在崇信县锦屏镇西南18公里黑河上游北岸。村落东西延伸，北侧有窑洞，相传为秦始皇狩猎筑城而留下的遗迹。
秦始皇西巡返回途中，“过回中。”《括地志》记载：“秦回中宫，在岐州雍县西四十里。”其位置大约在今陕西凤翔县长春镇附近。这个回中宫，在汉文帝时被匈奴骑兵烧毁。今天陇县温水乡史家铺有“城背后村”，村内古城墙遗址夯土层清晰可见，有人认为这里是古“回城”遗址。在陇县西北30余里处，有“火烧寨”，还有人认为这里才是被匈奴烧毁的秦汉“回城”的遗址。