劉邦做出如下戰略部署：以已在宛城、陽夏一帶的薛歐、王吸、王陵為南路縱隊，由宛城、陽夏出彭城；以曹參、周勃、樊噲、灌嬰、酈商等剛剛攻下章邯廢丘的部隊為北路的縱隊，出關后經定陶、胡陵奔彭城；劉邦親率夏侯嬰的剩余諸將，會同塞王司馬欣、翟王董翳、殷王司馬卬、韓王信、魏王豹五諸侯軍為中路縱隊，以張良為軍師，以張耳、陳平為參乘，由洛陽出發，經雍丘、睢陽奔彭城。這樣，除去留守洛陽部隊，共有五十六萬大軍出征。這就叫韓王率五王伐楚。
劉邦的中路大軍抵達外黃時，彭越又率三萬兵馬來會，劉邦命他在原地襲擾梁地，掩護中路軍側背。
南路方面，薛歐、王吸、王陵擊破夏陽楚軍防線，前進至，與劉邦的中路軍會師；北路方面自圍津渡過黃河，周勃攻定陶，樊噲攻煮棗，曹參、灌嬰、酈商攻定陶，分別擊破了當面楚軍，隨后，周勃、樊噲先行南下與中路會師于外黃，曹參與灌嬰、酈商追擊楚軍至胡陵，與中路會師。
至此，中、北、南三路大軍會師于肖、碭地區。安排劉邦留下十萬部隊掃蕩肖、碭地區楚軍，然后率領四十余萬大軍殺向彭城。
彭城相當空虛，只有老弱兵數千，劉邦兵臨城下，守軍紛紛逃散，劉邦一舉拿下了項羽的都城彭城。
劉邦進入彭城后，派樊噲率軍十萬北出鄒魯、瑕丘、薛縣，進至嶧縣、棗莊、曲阜、滋陽一帶，監視項羽并掩護彭城，然后在楚宮住下，收取項羽宮中寶物美女，與諸侯諸將置酒高會，歡呼暢飲，慶賀伐楚得勝。
此時，項羽陷入前所未有的危機中，面臨兩線作戰，回師救楚，則腹背受敵，且兵力懸殊，劉邦諸侯聯軍七十余萬，項羽全部兵力僅四十萬，而且后方淪陷，輜重給養全失。
項羽分析了一下劉邦的情況，認為劉邦貌似強大，但他的直屬部隊，有十萬兵力滯留在肖碭，又有十萬由樊噲率領北出，而在彭城之內的三十余萬大軍，基本都是諸侯聯軍。為此，項羽制訂了一個大膽的計劃：以部下將領繼續攻齊，他自己則集結包括八千子弟兵在內的全部騎兵部隊，共三萬鐵騎，組成快速部隊，實施斬首行動，直搗彭城。
騎兵集結完畢，項羽疾馳南下，以迅雷不及掩耳之勢，橫掃樊噲統帥的分散在鄒魯、瑕丘、薛縣、嶧縣、棗莊、曲阜、滋陽一帶的漢軍，將他們快速擊垮，然后以一記右勾拳，由胡陵、肖縣的結合部包抄閃擊彭城。項羽軍于夜間抵肖，人不解甲馬不停蹄，于馬背上飽餐戰飯，利用拂曉黎明漢聯軍酣睡之機，由西向東，向彭城側背發起攻擊，早晨開始進攻，至中午便大破漢聯軍。漢聯軍在項羽的突然襲擊下無法組織有效抵抗，自相踐踏亂作一團，被項羽軍于彭城近郊斬殺十萬余萬。
劉邦聞訊，奪門而逃，項羽縱馬追擊，漢聯軍在谷、泗水二水間爭相槍渡，再損兵十余萬。劉邦繼續南逃，項羽猛烈追擊，又殺斃數萬人。項羽追擊漢聯軍至靈壁以東的睢水上，再斬殺漢聯軍十萬余萬人。
劉邦率軍逃過睢水時，溺死者不計其數，“睢水為之不流”。項羽追上劉邦，將劉邦及其殘部包圍了三層，正待聚殲之際，忽然西北大風猛襲而來，飛沙走石，樹木連根拔起，一時間天昏地暗，吹打得項羽軍陣營混亂。劉邦趁此機會，由太仆夏侯嬰親自駕車，僅帶十余名騎兵突圍而逃。漢軍幾乎全軍覆滅，塞王司馬欣、翟王董翳、殷王司馬卬三王見狀，又背漢投楚，再次歸到項羽麾下。
劉邦逃到沛縣，打算帶上家眷奔逃，不料其時家眷已聞風逃散，劉邦到家時，家中已空無一人。劉邦只得繼續奔逃，碰巧在路上遇見了兒子和女兒，于是把他倆帶上車，一塊兒西逃。楚軍騎兵追趕而至，劉邦感到情況危急，嫌車跑得慢，就把兒子和女兒推下了車，夏侯嬰見狀，趕緊停車把倆孩子抱上車，一連幾次，夏侯嬰對劉邦說：“雖然情況危急，馬也不能趕得再快，怎么能把他們扔掉呢？”姐弟倆這才得以脫險。此時，劉邦的大哥劉伯以及后母已經亡故，他大嫂以及二哥劉喜和異母弟劉交各自帶著家人逃散，劉邦的私生子劉肥業跑丟了，只剩下劉邦的父親劉太公和老婆呂雉，在劉家舍人審食其隨從下奔逃，審食其打聽到劉邦正在西逃，就帶著劉翁和呂雉抄小路追趕劉邦，不幸遇到楚軍，楚軍把他們俘虜，交給了項羽，項王便把他們留在軍中，當作人質。
這時候，劉邦的大舅子呂澤率兵一部駐守在下邑，劉邦就順小路投到他那里，這才喘了一口氣，便在呂澤那里收集敗兵，然后一道退往滎陽。劉邦到滎陽時，各路敗兵也陸續會集在這里。
這時項羽犯了致命錯誤，他一戰把六王數十萬聯軍打得狼奔犬突，以為大功告成，就把追擊敗兵的任務交給了下屬，他自己則進入彭城慶賀去了，從而使得劉邦在滎陽獲得喘息之機。蕭何把關中沒有載入兵役名冊的老弱人丁全部征集起來，組成數十萬大軍，由韓信帶領，浩浩蕩蕩開到滎陽，劉邦精神大振，漢軍又重振了旗鼓。
楚軍一路追擊而至，兵臨滎陽，韓信率軍出戰，在京邑、索邑之間一舉將追擊的楚軍擊敗，然后構筑堡壘，形勢便穩定下來。故而***在指揮解放軍橫渡長江下江南時作詩云：“宜將剩勇追窮寇，不可沽名學霸王。”
劉邦在滎陽穩住了陣腳，為了重建統一戰線，劉邦派人去聯絡九江王黥布，此時黥布已經將名字改回叫英布，畢竟是一國諸侯了，再叫黥布就不合適了。黥布依然表態在暗中支持劉邦。六八過又派人聯絡彭越，彭越表示支持劉邦，抗擊項羽。隨后，在滎陽至敖倉間筑甬道，供應大軍軍糧。這樣，劉邦便在滎陽一帶與項羽形成相持之勢。
由于項羽離去對付劉邦，齊國的田橫趁機組織反擊，由于楚軍在齊國不得人心，又沒了項羽指揮，楚軍連戰連敗，不久就被田橫逐出齊地，齊國恢復了大部的國土，然后田橫擁立田榮的兒子田廣為齊王。但是田橫鑒于齊國已精疲力竭，沒有繼續和劉邦聯合，二十遣使與項羽，與項羽達成了媾和，從而使得劉邦少了一個有力盟友。
沒了齊國的牽制，項羽便親自來到滎陽，到后就發動猛攻，一舉攻占了劉邦所修筑的甬道。劉邦斷了糧道，心里慌張，便派人去找項羽求和，以占據滎陽以西為條件。
范增說：“現在漢軍很容易對付，如果不征服它，以后一定會后悔的！”于是項羽不予允和，指揮楚軍包圍了滎陽。
有個吳郡人，在秦朝之時與魏國的宗室之女魏媼私通，生下一個女孩，取名薄姬。后來這個吳郡人死在了山陰。薄姬在魏媼撫養下長大，出落得花容月貌，非常漂亮。這回時候，魏媼帶著薄姬到一個叫許負的那里看相，許負說薄姬將生下天子，于是魏媼就以王室宗親的身份，把薄姬送到滎陽，進獻給了在滎陽與劉邦一同抗擊項羽的魏豹。魏豹非常喜歡薄姬，后來聽魏媼講述了許負的話，心中就嘀咕起來，薄姬能生天子，那自己不就是天子的父親嗎？這是上天在暗示自己要開創一個帝王基業。又見項羽勢大，劉邦岌岌可危，于是他就萌生了想獨立發展的意念，希圖今后能能有爭奪天下的機會。于是向劉邦請假，說想回河東省親。劉邦答應了。不料魏豹過了河就下令封鎖了黃河渡口，隔絕了與關中的聯系。劉邦聽到這個消息非常著急，因為河東處于關中與滎陽北邊中間的位置，一旦魏豹表示歸服項羽，從河東出擊，關中與滎陽的聯系馬上就會被切斷。于是，劉邦派酈食其前去說服他。酈食其見到魏豹，魏豹對他說：“人生短暫，恍如白駒過隙，大丈夫當轟轟烈烈。漢王放蕩不羈，對諸侯動輒指斥，我實在受不了他。”魏豹所言大致不虛，劉邦待人接物的確總是一副流氓相，這從他接待酈食其、韓信、陳平的情景都可以看出來。但魏豹這話其實仍屬托詞，因為劉邦放蕩不羈也不是一天兩天了，以前魏豹為什么能忍受呢？
酈食其無功而返，劉邦急了，就在滎陽危急的關頭，仍分出三萬兵馬，以韓信為主將，張耳為軍師，曹參、灌嬰為副將，前去征伐魏豹。
韓信出發不久，壞消息又傳來。當項羽和劉邦彭城大戰的時候，陳馀和趙王歇正帶著趙代之兵奔赴彭城相助劉邦，走到途中，聽人說在彭城見到了張耳，陳馀知道自己上當了，大怒，于是轉兵而回。回國之后，越想越生氣，于是就在項羽兵圍滎陽的時候，發趙代之兵，奔襲上黨，以報劉邦欺誑之仇。于是劉邦傳令韓信，必須迅速解決魏王豹，然后去抵御陳馀。
魏豹也是久經戰陣了，他料到漢軍彼從臨晉渡河，于是便將主力布置在黃河東岸的蒲坂。韓信采取“暗度陳倉”的老計策，讓曹參率軍一部逼近蒲坂，并將所有船只都集中在臨晉，他和灌嬰從夏陽用瓦罌和木桶制作了簡易渡河工具，從安邑那里偷渡過河，占領了安邑。韓信兵至安邑，宛如神兵天降，魏豹措手不及，加之他的主力部隊都還在滎陽劉邦那里，沒有帶回來，因此很快被韓信打垮。魏王豹見大勢已去，便攜家眷宣布投降，被韓信派人送往滎陽。韓信得到魏國數萬降兵，實力大增，決定去攻打陳馀。
鑒于魏王豹并沒有公開說出要反叛劉邦，于是劉邦又赦免了他，仍以他統帥留在滎陽的那部分西魏兵，協助防守滎陽。
項羽攻打越來越猛，劉邦很發愁。這時陳平對劉邦說：“項羽有勇無謀，只是范曾老奸巨猾，如果除掉范曾，項羽就沒了依靠，臣已經為大王思謀出一個計策。”陳平讓劉邦從倉庫中撥出四萬斤黃金，買通楚軍的一些將領，讓這些人散布謠言說：“在項王的部下里，范亞父和鐘離昧的功勞最大，但卻不能裂土稱王。他們已經和漢王約定好了。共同對付項羽，如果打垮項羽，兩人便分占楚國的國土。”這些話傳到霸王的耳朵里，項羽雖然不相信，但對鐘離昧卻不自覺疏遠起來，有重大事情不再請鐘離昧商量。進而對范增也不如從前那么客氣了。有一天，項羽派使者到劉邦營中，陳平讓侍者準備了非常精致的餐具，端進使者房間。使者剛一進屋，就被請到上座，陳平再三問起范增的起居近況，大贊范增，并附耳低聲問：“亞父范增有什么吩咐？”使者一頭霧水，對陳平說：“我是霸王派來的，不是亞父派來的。”陳平一聽，立刻顯現出滿臉不高興，嘴里嘀咕著說：“我還以為是亞父派來的呢。”邊嘀咕著邊拂袖而去，然后叫來幾名小卒，撤去了上等酒席，把使者領到另外一間簡陋客房，改用粗茶淡飯招待。使者沒想到會受此羞辱，大為氣憤。回到楚營后，把情形一五一十地都告訴了項羽。由此，項羽便對范曾有所疑惑。這時，范增向項羽建議應該加緊攻城，但是項羽卻一反常態．拒不聽從。過了幾天，范增知道了外面說他私通漢王的謠言，很生氣，感到項羽如此輕信謠言，不可扶保，于是他就對項羽說：“天下大事已基本定了，大王自己好好干吧，我年歲大了，身體又不好，請大王準我回家養老。”項羽竟毫無挽留之意，當下同意了他的請求，還派人護送他回家鄉。范增一路走，一路嘆氣，吃不下睡不著，傷心不已。他已經七十五歲了，哪兒受得了這么大的委屈？到彭城的時候，氣得背上生了一個毒瘤，就此一病不起，嗚呼哀哉了。項羽手下著名的謀臣，竟被陳平小計除掉。
后來項羽知道中了陳平的離間計，氣死了范增，大怒，發瘋一般猛攻滎陽。沒了范曾，項羽依然厲害，滎陽城在項羽猛攻下，堪堪就要陷落。劉邦決定突圍，可是楚軍已經把滎陽圍得鐵桶一般，沒辦法突圍。陳平又獻上一計：“請大王速寫一封詐降信給霸王，約他在東門相見。霸王一定會把他的大軍布置在東門外，我們再想辦法把他在西、北、南各門的兵引到東門口來，大王就可以從西門沖出去了。”不一會兒，陳平領著貌似漢王的將軍紀信來見漢王．說把他化裝成漢王的樣子出去詐降，吸引敵人把兵力集中圍住東門，然后漢王就可以從西門突圍了。
次日，天還沒亮，漢軍便開了東門，陳平差遣二千名婦女，一批一批地從東門出去。南、西、北門的楚兵一聽東門外全是美女，便爭先恐后地涌向東門。忽然，有人大喊“漢王來了！”大家抬頭一看，果然見“漢王”坐在黃屋車里，車轅橫木左方插著有毛羽裝飾的旗幟，并由由儀仗隊開道，慢慢地走出東門，領頭的儀仗官邊走邊大聲說：城中糧食已經吃光了，漢王投降。”楚軍齊呼萬歲。一直走到楚營近前，才發現坐車出來的不是漢王。此時，劉邦趁東門一片混亂，帶著陳平、張良、樊噲等人殺開一條血路，向關中方向逃去。項王見到紀信，問：“漢王在哪兒？”紀信說：“漢王已經出城了。”項王把紀信燒死。
劉邦突圍前，把防守滎陽城的任務交給了御史大夫周苛、樅公、韓王信、魏王豹四人。劉邦走后，周苛、樅公商議道：“魏豹是已經叛變過的君王，難以和他一塊守城。”于是就一起殺了魏王豹。
薄姬后來的經歷很有意思，魏王豹被殺后，薄姬被送到劉邦的宮中織工房做了織布工，劉邦有一次到織布工房查看，看到薄姬很漂亮，就將他納入了后宮。但是劉邦后宮美女如云，薄姬入宮后劉邦就把她給忘掉了，一年多也沒有得到劉邦的御幸。劉邦的另外兩個美人管夫人、趙子兒，年少時是薄姬的好友，當時她們約定說：“先顯貴的人不要忘記同伴好友。”管夫人、趙子兒都受到了劉邦的寵幸，有一次，她倆一道陪伴劉邦，劉邦忙著處理公務，她倆就在一起談笑，說著說著，說起當年與薄姬的相約。劉邦忙完后問她們笑什么，兩人便將談笑內容告訴了劉邦。劉邦憐憫薄姬，當天就把薄姬召來與她同房。薄姬說：“昨夜我夢見有蒼龍盤踞在我肚子上。”劉邦說：“這是顯貴的吉兆，我為你促成這件好事。”這一次同房，薄姬就有了身孕，生下兒子劉恒。漢高祖十一年（公元前196年），劉恒年八歲被立為代王。薄姬生下兒子劉恒以后，就很少有機會再見到劉邦。漢高祖十二年（公元前195年），劉邦去世，呂后惱恨劉邦生前寵愛的妃子，把她們都被幽禁起來，并殺害了劉邦最寵幸的戚夫人。薄姬因為極少被漢高祖見愛，因而而得以允許出宮，去了兒子劉恒的封地代郡。劉恒被封為代王的第十七年，呂后去世，大臣們商議擁立繼位皇帝，他們都嫉恨外戚呂氏勢力的強盛，因此將與律師外戚無關的劉恒迎回立為皇帝，是為漢文帝。那個算命的許負真說著了，薄姬果真的生了個天子。但是這天子并不是魏豹的兒子。
劉邦逃回關中后，整頓兵馬準備反攻滎陽，有個袁生給劉邦獻計說：“漢與楚相持滎陽，漢屢戰不利，您不如出武關，項羽必引兵追逐您向南，您在那里深溝高壘據守，滎陽、成皋一帶就得到喘息機會了，您在那里堅守，讓韓信猛攻趙國，然后再連結燕齊，這時候您再去滎陽。這樣，楚國需要針對的地方就多了，力量必然分散，漢軍得到休息，養精蓄銳后再與項羽開戰，就能戰勝他了。”劉邦采納了他的建議，于是不去滎陽，轉而出兵宛縣、葉縣地區。到達那里后，劉邦對身邊的謀士們說：“像你們這些人，不配共同謀劃天下大事。”有個負責傳達事宜的隨何，聽了劉邦的話說：“我不理解您說的是什么意思。”劉邦說：“如果有人能替我出使淮南，讓英布發動軍隊，背叛楚國，把項王牽制幾個月，我就好辦了，我看你們這幫家伙每一個能有這個本事的。”隨何就說：“我請求出使淮南。”劉邦便給了他二十個隨從，讓他出使淮南。
隨何到達淮南，等了三天也沒見到英布。隨何就對英布的太宰說：“英布不召見我，一定是認為楚國強大，漢國弱小，可這正是我出使的原因。倘使我得以召見，我的話要是說的對，那將對英布大大有利；我的話要是說的不對，就把我們二十人在淮南廣場用斧頭剁死，用以表示英布親近楚國之心。”太宰這把這話轉告英布，英布接見了他。
隨何說：“漢王劉邦派我恭敬地上書九江王駕前，我個人感到奇怪的是，您為什么和楚國那么親近呢？”英布說：“我一向面向北邊以臣子的身份侍奉他。”隨何說：“大王和項王都列為諸侯，北向而以臣子的身份侍奉他，一定是認為楚國強大，可以把國家托付給他。項羽攻打齊國時，非常艱難，以至于他親自背負著筑墻的鏟子，身先士卒參與到修筑工事的勞作中，這時大王就該當出動淮南人馬，親自率領著他們，去做楚軍的前鋒。然而您卻只派四千人去，面北而侍奉人家的臣子，是這個樣子嗎？劉邦攻擊彭城，您應該調動淮南所有人馬，渡過淮河，幫助項羽與劉邦會戰于彭城之下。您擁有萬人之眾，卻沒有一兵一卒渡過淮河，這是垂衣拱手觀看他們勝敗。把國家托付給人家的人，是這個樣子嗎？您掛著歸向楚國的空名，卻想扎扎實實地依靠自己，我私下認為大王這樣做是不可取的。您認為漢弱小，可是您不知道，楚國的軍隊即使強大，卻背負著天下不義的名聲，因為他背棄盟約而又殺害義帝，可是楚王憑借著戰爭的勝利自認為強大；劉邦收攏諸侯之后，回師駐守城皋、滎陽，從蜀、漢運來糧食，深挖壕溝，高筑壁壘，分兵把守要塞，楚國要想撤回軍隊，中間有彭越在梁地阻隔，深入敵人國土八九百里，想打又打不贏，攻城又攻不下，老弱殘兵輾轉運糧于千里之外；等到楚國軍隊到達滎陽、成皋，劉邦的軍隊卻堅守不動，進攻又攻不破，退卻又逃不出漢軍的追擊。所以說楚國的軍隊是不足以依靠的。假使楚軍戰勝了漢軍，那么諸侯們自身危懼，必然要相互救援。一旦楚國強大，恰好會招來天下軍隊的攻擊。所以楚國比不上漢國，那形勢是顯而易見的。如今您不和萬無一失的漢國友好，卻自身托付于危在旦夕的楚國，我私下替您感到疑惑。我不認為淮南的軍隊足夠用來滅亡楚國。只要您出兵背叛楚國，項羽一定會被牽制，只要牽制幾個月，劉邦奪取天下就可以萬無一失了。我請求替您提著寶劍去歸附漢國，劉邦一定會分割土地封賜大王，又何況還有這淮南，淮南必定為您所有啊。因此，劉邦嚴肅地派出使臣我，進獻不成熟的計策，希望您認真考慮。”英布說：“說得不錯。”于是答應叛楚歸漢，但仍請求時機不到不要公開泄露這個秘密。
這時，項羽的使者也來到淮南，迫不及待地催促英布出兵。隨何徑直闖進去，坐在楚國使者的上席，說：“九江王已歸附漢王，楚國憑什么讓他出兵？”英布大驚，楚國使者站起來就要走，隨何對英布說：“大事已成，可以殺死楚國的使者，不能讓他回去，我們趕快向漢靠攏，協同作戰。”英布說：“就按照你的指教，出兵攻打楚國罷了。”于是殺掉項羽使者，出兵攻打楚國。
項羽聞劉邦在宛，又策反了英布，果然放棄圍攻滎陽，引兵南下。項羽以雷霆萬鈞之勢，首先打垮敗了英布，英布逃到劉邦那里。英布到時，劉邦又是坐在矮床上讓美女洗腳，英布見狀，怒火燃胸，后悔前來，想要自殺。當他退出后，來到為他準備的賓館，見到帳幔、用器、飲食、侍從官員一如劉邦那么豪華，英布又喜出望外，便派人到九江招攬了舊部，與劉邦一起對抗項羽。
劉邦深溝高壘堅守，并不主動出戰，項羽攻擊了許久，難以攻破劉邦的壁壘。正在這個時候，彭越率軍渡過睢水，與楚將項聲、薛公戰于下邳，彭越大破楚軍，項羽不得不引兵去東擊彭越，劉邦趁機引兵北上成皋。項羽擊破彭越后，聞劉邦已進軍成皋，于是揮師向西，再次對滎陽發起猛攻。此時的滎陽城，韓信帶走了三萬兵，劉邦逃走時又跟去了一部，魏王豹被殺后，那些留在城內的西魏兵都逃散，因此滎陽的防守力量極其薄弱，被項羽一舉拿下，活捉了周苛、樅公、韓王信。項王對周苛、樅公說：“給我做將軍吧，我任命你們為上將軍，封你們三萬戶侯。”周苛說：“我勸你快快投降漢王，你不是漢王的對手。”項王發怒，煮死周苛，把樅公也殺了，韓王信投降了項羽。后來。韓王信趁看管他的人松懈，又逃了回來。拿下滎陽后，項羽兵發成皋。
項羽猛攻成皋，劉邦遭到大敗，與夏侯嬰兩個人乘坐一輛車逃出成皋玉門，北渡黃河，奔至韓信的營地修武。劉邦想把韓信的軍隊帶走去對付項羽，鑒于韓信這個人太有主見，恐怕他“將在外君命有所不受”，于是就自稱是漢王的使者，進入韓信大營后，直奔中軍帳，先把韓信的大印搶在手里，然后擬寫了全軍集合的命令，蓋上韓信的大印，發布至全軍。當時韓信不再中軍帳，見部隊緊急集合，莫名其妙，到了中軍帳，看到劉邦坐在帥位上正用自己的大印發號施令，哭笑不得。
劉邦問韓信：“你這里有多少兵？”韓信說：“滎陽出發時你給了我三萬，大敗魏豹后得了西魏降卒三萬，共有六萬。”劉邦就要全部帶走，未等韓信說話，張耳搶先說：“大王不可，陳馀正在向這里進軍，一旦他們進軍至此，切斷關中和前線的聯系，局勢可就不可收拾了。”劉邦遂決定帶走一半，讓韓信、張耳仍以三萬兵力去迎戰陳馀。
于是，劉邦、夏侯嬰帶領從韓信那里分來的三萬軍隊，反抵黃河。這時，彭越在梁地破楚軍燕郭西，攻下梁地十余城，然后渡過黃河，突入到東阿攻打楚軍，殺了楚國將軍薛公。劉邦聞之，便要渡黃河南進，有個鄭忠，勸劉邦不要冒進，應該可派人去增援彭越，待項羽東進時，這里再出擊。劉邦然其計，派劉賈率兵去增援彭越，燒毀了楚軍的糧草輜重。項羽果然不得不放棄成皋，親自率兵東進去攻打彭越。劉邦這時率領部隊渡過黃河，拿下了成皋，在西廣武扎營，筑起堅固的堡壘，就近取食敖倉的糧食。項羽打敗彭越、劉賈，平定了東方，又回過頭來，但沒有攻破劉邦的堡壘，在東廣武與漢軍隔著廣武澗扎下營來，持續了好幾個月。廣武澗又叫鴻溝，是一條運河，為戰國時魏惠王修建，從滎陽北引黃河水，東經中牟縣北至開封市南，流經通許縣東、太康縣西，由淮陽縣東南注入潁水。鴻溝把黃河與淮河之間的濟、濮、汴、睢、潁、渦、汝、泗、菏等主要河道連接起來，構成鴻溝水系，向南經淮河、邗溝又與長江貫通；向東通濟水、泗水，沿濟水而下，又與淄濟運河聯通；向北通黃河，沿黃河向西，又與洛河、渭水相連。
彭越屢敗屢戰，幾次往返梁地，游擊襲擾，從而造成楚軍糧食斷絕，項羽非常焦躁。于是他做了一張高腿案板，把劉邦的父親劉太公擱置在上面，對劉邦說：“你如果不趕快投降，我就把劉太公煮死。”劉邦的流氓非常人可比，這股流氓勁，從另一個角度也可以理解為大丈夫胸懷。他對項羽說：“我和你一同作楚懷王的臣子，曾相約結為兄弟，我的老子也就是你的老子，如果你一定要煮了你老子，希望你能分給我一杯肉湯。”項羽大怒，就要殺掉太公。項伯說：“天下事還不知道怎么樣，再說要奪天下的人是不顧及家的，殺了太公不過是泄私憤，與大事無補，只會增加禍患。”項羽聽從了項伯的話，沒有殺劉太公。
從此楚、漢長久相持，勝負不決，對峙了好幾年。為此，雙方士兵都厭倦了長期的軍旅生活，百姓們也因不斷參加后勤運輸而疲憊。項羽忍耐不住了，就對劉邦說：“天下紛紛亂亂好幾年，只是因為我們兩人的緣故。我希望跟你單獨挑戰，決一雌雄。再不要讓百姓老老小小白白受苦啦。”劉邦笑著回答說：“我寧愿斗智，絕不斗力。”項羽讓勇士出營挑戰，漢軍有個善射的樓煩，每次都把挑戰的楚將射死，項羽大怒，親自披甲持戟出營，樓煩搭箭正要射，項羽瞪大眼睛向他大吼一聲，把樓煩嚇得眼睛不敢正視，轉身逃回營壘。劉邦見來人如此兇猛，把樓煩都嚇成這樣，就派人去打聽是什么人，才知道原來是項羽，劉邦大為吃驚。
項羽約劉邦談判，兩人分別站在鴻溝東西兩側，劉邦口若懸河，一樁一樁列了項羽的罪狀，把項羽說急了，不顧談判規矩下令手下放箭，亂箭射中了劉邦胸部，傷勢很重，劉邦害怕影響士氣，尖聲大叫：“該死的項羽，你怎么射我的臭腳丫子。”說完便支持不住，被扶進了成皋。
在劉邦和項羽相持，北路的韓信卻高歌猛進。劉邦留給韓信的兵太少，怎么才能打敗擁有數十萬大軍的趙代聯軍呢？韓信決定先從薄弱處下手。由于陳馀本人不在代國，代國由丞相夏說掌管，韓信就決定從代國下手。韓信故伎重演，又采取了“暗度陳倉”的老招數，以少量部隊在太行山中部鏈接山西、河北的孔道井陘做出進攻的樣子，然后率領主力北進代地。
夏說是個文人，即不會打仗也毫無戰略頭腦，代國位于延懷張宣盆地的西南沿，地勢錯綜復雜，如果他深溝高壘堅守，韓信是很難得逞的，但是他見韓信來的兵不多，便集結代國十幾萬大軍迎戰，這正中韓信下懷，他哪里是韓信的對手，一戰便被韓信擊垮，俘虜了夏說。韓信得了代國十數萬降兵，實力大增。
拿下代地后，韓信同張耳帶領曹參、灌嬰率全軍回師井陘口，打算從井陘越過太行山突入趙國。
趙王歇與陳馀集結趙國二十萬大軍前來迎戰，戰國名將李牧的孫子李左車對陳馀說：“韓信渡西河、擄魏王、擒夏說，其勢強勁，又有張耳幫助謀劃，乘勝欲下趙國，銳不可當，宜堅守而不宜與之決戰。這井陘口山勢崎嶇道路狹窄，兵車不可并行，騎兵不可列隊，正是防守的好地方。我聽說千里運糧士卒就有挨餓的危險；到吃飯時才去打柴，軍隊就不會吃飽。韓信行軍數百里，其糧草必落在后面，您撥給我三萬奇兵，我從小路截斷漢軍輜重糧草；您在正面深挖護營壕溝，加高兵營圍墻而待，漢軍前不得戰，退不得回，我的部隊斷絕漢軍后路，荒野無食可掠，不出十日，韓信、張耳的頭顱就可懸在您的旗下。希望您考慮采納我的計謀。”
陳馀自恃久經戰陣，沒把韓信放在眼里，他對李左車說：“兵法上講，十倍于敵人的兵力就包圍它，一倍于敵人的兵力就與之交戰。韓信雖號稱十數萬人，其實大部是得自我們代地的新兵，他的主力不過數萬而已，況且千里迢迢來奔襲我們，士兵早已疲憊之極，我們卻避而不擊龜縮防守，若更強大的敵人前來，我們將如何對付呢？諸侯一定會認為我們膽怯。”沒聽李左車的計策。
韓信派人暗中探聽，得知李左車的計策沒被采納，非常高興，放膽引兵前來，離井陘口三十里駐扎，半夜挑選兩千輕騎兵，每人持一面紅旗，從小路來到山坡上隱蔽起來。韓信告誡他們：趙軍見我軍出擊，一定傾巢而出，你們就乘機迅速沖入趙軍營地，拔掉趙國旗幟，插上漢軍紅旗。又讓曹參傳令全軍：“今天打敗趙軍之后舉行會餐。”面對陳馀二十萬大軍，哪能輕易取勝，將士們誰都不相信，只是假意稱是。韓信派出一萬部隊為先頭，背靠泜水擺開陣勢。趙軍見漢軍擺出只有前進而無退路的絕陣，都大笑不已。天剛亮，韓信打起大將軍的旗號和儀仗，擊鼓進軍井陘口。趙軍出營迎擊，大戰良久，韓信、張耳棄鼓旗佯裝打敗，退到河邊的軍陣中。趙軍見狀，傾巢而出，追逐韓信、張耳，爭奪漢丟下的旗鼓。韓信、張耳退人河邊陣地，采用李牧在雁門關大敗匈奴的半月陣，以戰車依河布置成弓形，防守周密沒有弱點，而兵卒們無有退路，個個拼死作戰，趙軍無法把他們打敗。這時韓信所派的二千輕騎兵，沖入趙軍后方營壘，拔掉趙軍旗幟，豎起漢軍的紅旗。趙軍久戰不勝，想退回營壘，卻見營中遍是漢軍紅旗，大驚失色，認為漢軍已經把趙王及其將領俘虜了，于是陣勢大亂，四散奔走逃告。陳馀雖斬數人，竭力阻止，卻不見成效。這時漢軍兩面夾擊，大破趙軍，陳余死于陣中，趙王歇被生擒。韓信下令不許殺李左車，有擒獲者賞千金。
韓信大獲全勝，諸將前來祝賀，問他：“兵法上說，布陣應是‘右背山陵，左對水澤’，如今將軍卻背水為陣，還說破趙軍之后會餐，當時我們不服，然而取勝了，這是什么戰術?”韓信說：“這也在兵法上，只是諸位沒留心罷了。兵法上不是說‘陷之死地而后生，置之亡地而后存’嗎？但是這一招不到萬不得已不能輕易使用，因為我軍大部是代地之兵，新歸附而戰意不強，況且我平素沒有得到機會訓練諸位將士，這就形同‘趕著街市上的百姓去打仗’，在這種形勢下不把將士們置之死地，使人人為保全自己而戰；如果給他們留有生路，就都跑了，怎么還能用他們取勝呢？”諸將聽了都自嘆不如。
拿下趙國后，韓信、張耳又圖謀燕國和齊國。不久，李左車被擒獲，韓信親自松綁，請李左車面東而坐，自己執弟子之禮。韓信向李左車請教攻燕之事，李左車辭謝說：“我聽說敗軍之將不可言勇，亡國之臣不敢語政。俘虜哪里有資格同你談論國家大事？”韓信說：“我聽說百里奚在虞國時，虞國滅亡，在秦國而秦國稱霸，這不是因為他在虞國時愚蠢，在秦國時聰敏，而是在于國君是否重用他。假使陳余聽了你的計策，那我韓信如今已成了階下囚了。我是誠心向你求教，請你不要推辭。李左車說：“我聽說：智者千慮，必有一失；愚者千慮，必有一得。所以說，即使是犯人所說的話，圣人也可以有選擇地采納。不過恐怕我所獻的計策不一定值得采用，但我仍愿獻上我的愚見。陳馀雖有百戰百勝之計，可一招失算，軍敗鄗下，身死泜水。如今將軍渡過西河俘虜魏王，擒夏說于閼與，一舉攻下井陘口，在不到一上午的時間就打垮趙二十萬大軍，誅殺陳馀，生擒趙王歇，名聞海內，威震天下。然而將士疲憊，實際情形難以用兵。如今將軍要率領疲憊勞苦的士卒，停頓在燕國堅守著的城池之下，想戰又恐怕拖得太久，力量耗盡而不能攻克，弱燕不肯降服，齊國必然固守邊境以圖自強，燕、齊相持不下，那么劉邦和項羽的勝負也分不出來。我認為‘北攻燕、東伐齊’的計策失策。善于用兵的人常用己之長擊他人之短。將軍不如按兵不動，休整士卒，安定趙地，撫恤遺孤，日日牛酒犒賞將士，只擺出攻打燕國的態勢，而后遣辯士去游說燕國，把自己的優勢充分顯示在燕國面前，燕一定不敢不聽從您。燕降服后再派辯士以燕已降漢說齊，齊必從風而服，即使再聰明的人也不知道該怎樣替齊國謀劃了。這樣天下大事就好辦了。用兵之道，本來就有先聲奪人，再動實際的策略。”
韓信聽從李左車的計策，派使者去燕，給燕王臧荼帶去一封信，韓信在信中說：“我主漢王劉邦英勇神武，當初項羽封的十八路諸侯，塞王、翟王、河南王、殷王、韓王、西魏王、代王、趙王等諸王均先后臣服于漢王，漢王派韓信來取燕國，我于心不忍，經稟我主，只要你歸順，還可以做燕王，如果不歸順，漢軍必將取燕國，望燕王人情大勢。”燕王臧荼原本就沒反對劉邦，甚至也曾想參與劉邦發起的諸侯伐彭城，只不過猶猶豫豫最后沒吱聲，接到韓信的信，感覺韓信說得確實是事實，自思難以抗拒，于是上表請降。
解決了燕國問題，韓信上表劉邦請求立張耳為趙王，鎮撫趙國，劉邦同意了，就封了張耳為趙王，任命韓信為趙相，讓他們收集趙兵去攻打齊國。
這時候，劉邦在成皋被項羽長期圍困，產生了想放棄成皋以東地盤屯兵鞏、洛與楚對抗的念頭。酈食其進言道：“我聽說能知道天之所以為天的人，可以成就統一大業；而不知道天之所以為天的人，統一大業不可成。作為成就統一大業的王者，他以平民百姓為天，而平民百姓又以糧食為天。敖倉這個地方，天下往此地輸送糧食已經有好長時間了。我聽說現在此處貯藏的糧食非常多。楚國人攻克了滎陽，卻不堅守敖倉，只是讓一些罪犯來分守成皋，這是上天要把這些糧食資助給漢軍。當前楚軍很容易擊敗，而我們卻反要退守，把要到手的利益反扔了出去，我個人認為這樣做是錯了。更何況兩個強有力的對手不能同時并立，楚漢兩國的戰爭經久相持不下，百姓騷動不安，全國混亂動蕩，農夫放下農具停耕，織女走下織機輟織，徘徊觀望，天下百姓究竟心向哪一方還沒有決定下來。所以請您趕快再次進軍，收復滎陽，占有敖倉的糧食，阻塞成皋的險要，堵住太行交通要道，扼制住飛狐關口，把住白馬津渡，讓諸侯們看看今天的實際形勢，那么天下的人民也就知道該歸順哪一方了。如今燕國、趙國都已經平定，只有齊國還沒有攻打下來，而田廣占據著幅員千里的齊國，田間帶領著二十萬大軍，屯兵于歷城，各支田氏宗族都力量強大，他們背靠大海，憑借黃河、濟水的阻隔，南面接近楚國，齊國人又多詐變無常，您即使是派遣數十萬軍隊，也不可能在一年或幾個月的時間里把它打下來。我請求奉您的詔命去游說齊王，讓他歸漢而成為東方的屬國。”劉邦回答說：“好，就這樣吧！”
劉邦聽從了酈食其的計策，不再作撤退打算，并派酈食其前往齊國。
酈食其到了齊國，對齊王田廣說：“您知道天下人心的歸向嗎？”
田廣說：“不知道。”
酈食其說：“若是您知道天下人心的歸向，那么齊國就可以保全下來，若是不知道天下人心歸向的話，那么齊國就不可能保全了。”
田廣問道：“天下人心究竟歸向誰呢？”
酈食其說：“歸向漢王劉邦。”
田廣又問：“老先生為什么這樣說呢？”
酈食其回答：“漢王劉邦和項王項羽并力向西進軍攻打秦朝，在義帝面前已經明白地約定好了，先攻入咸陽的人就在那里稱王。劉邦先攻入咸陽，但是項羽卻背棄了盟約，不讓他在關中稱王，而讓他到漢中為王。項羽遷徙義帝并派人暗殺了他，劉邦聽到之后，立刻發起蜀漢的軍隊來攻打三秦，出函谷關而追問義帝遷徙的處所，收集天下的軍隊，擁立以前六國諸侯的后代。攻下城池立刻就給有功的將領封侯，繳獲了財寶立刻就分贈給士兵，和天下同得其利，所以那些英雄豪杰、才能超群的人都愿意為他效勞。諸侯的軍隊從四面八方來投歸，蜀漢的糧食船挨著船源源不斷地順流送來。而項王既有背棄盟約的壞名聲，又有殺死義帝的不義行為；他對別人的功勞從來不記著，對別人的罪過卻又從來不忘掉；將士們打了勝仗得不到獎賞，攻下城池也得不到封爵；不是他們項氏家族的沒有誰能得到重用；對有功人員刻下侯印，在手中反復把玩，不愿意授給；攻城得到財物，寧可堆積起來，也不肯賞賜給大家。所以天下人背叛他，才能超群的人怨恨他，沒有人愿意為他效力。因此天下之士才都投歸劉邦，劉邦安坐就可以驅使他們。劉邦帶領蜀漢的軍隊，平定了三秦，占領了西河之外大片土地，率領投誠過來的上黨精銳軍隊，攻下了井陘，殺死了陳馀，擊敗了魏豹，占有了三十二座城池，這就如同所向無敵的黃帝的軍隊一樣，并不是靠人的力量，而是上天保佑的結果。現在劉邦已經阻塞成皋的險要，守住了白馬渡口，堵塞了大行要道，扼守住飛狐關口，天下諸侯若是不爭先歸附就要先被滅掉。您若是趕快投降漢王，那么齊國的社稷還能夠保全下來；倘若是不投降漢王的話，那么危亡的時刻立刻就會到來。”田廣認為酈食其的話是對的，就聽從酈食其，撤除了歷下的兵守戰備，天天和酈食其一起縱酒做樂。
此時韓信正在引兵東進擊齊，未到平原渡口，得知酈食其已說齊歸漢，韓信想停止進軍，這時候，范陽辯士蒯通竄了出來。這個蒯通，就是陳勝起義之時，為武臣成功勸降范陽令那位。蒯通對韓信說：“將軍奉詔攻打齊國，而漢王只不過派密使說服齊國歸順，難道有詔令叫您停止進攻嗎？況且酈生不過是個說客，憑三寸之舌就降服齊國七十多個城邑，將軍統帥幾萬人馬，一年多時間才攻占趙五十多個城邑，一個將軍反倒不如一個儒生的功勞嗎？”韓信聽從蒯通說法，率兵渡河擊齊。這時齊國已決計降漢，對漢軍戒備松懈，韓信乘機襲擊了齊駐守歷下的軍隊，一直打到臨淄。齊王田廣大驚，認為是酈食其出賣了自己，便把他煮死了。后世李白有詩贊曰：“君不見高陽酒徒起草中，長揖山東隆準公。入門不拜逞雄辯，兩女輟洗來趨風。東下齊城七十二，指揮楚漢如旋蓬。”齊王逃到高密后，派人向楚求救。項羽聞訊遣龍且率兵來援，與田廣合兵一處，號稱二十萬。有人向龍且獻計：漢軍遠征作戰，所向披靡，而齊楚本土作戰兵易渙散，不如深溝高壘，以守為攻。招撫已淪陷城邑，使知齊王存楚來救，這必定使漢軍得不到糧食，不戰自敗。龍且輕視韓信，又急求戰功，不用此計，率兵與韓信軍隔濰水東西擺開陣勢。韓信連夜派人做了一萬多條袋子，盛滿沙土，壅塞濰河上流。率一半軍隊涉水進擊龍且之陣，龍且出兵迎擊，韓信佯裝敗退，龍且以為韓信怯弱，率軍渡江進擊，這時韓信命人決開壅塞濰河的沙囊，河水奔流而至，龍且的軍隊大半沒有渡過去。韓信揮軍猛烈截殺，殺死龍且。東岸齊楚聯軍見西岸軍被殲，四處逃散。韓信率軍急渡水追擊至城陽，楚兵皆被俘虜。齊王田廣逃走，不久被殺，齊地全部平定。
韓信滅魏、徇趙、脅燕、定齊，之后派人向劉邦上書說：“齊國狡詐多變，是個反復無常的國家，南邊又與楚國相鄰，如不設立一個代理王來統治，局勢將不會安定。我希望做代理齊王，這樣對形勢有利。”當時，項羽正把劉邦緊緊圍困，情勢危急，看了韓信的上書，劉邦破口大罵：“我被困在這里這么久了，天天盼著他到這兒來助我，如今不但不來相助，反而要自立為王！”剛罵到這里，忽然覺得自己在桌案下的腳被人踢了一下，一愣，連忙住口。原來，陳平、張良二人正坐在漢王身邊，二人深知韓信文武全才，又手握重兵，并且遠在三齊，劉邦根本沒有能力阻止他稱王，這件事倘若處置不當，一旦激成兵變，韓信在齊自立為王，與楚、漢成三足鼎立之勢，漢軍便又樹一敵，天下大事誰勝誰敗就難以預料了。劉邦多精明，沒等二人說話，立刻就反應過來，順著話頭假意接著罵：“大丈夫既平定諸侯，要做就做個真王，說他娘什么假王。”當下就宣布封韓信為齊王。
齊國失利，龍且戰死，項羽非常恐慌。此時，他雖然在與劉邦的對決中一直占據上風，但劉邦就像打不死的小強，非常頑強，屢敗屢戰，后方又有蕭何源源不斷供應人力糧草，如果韓信挾魏、趙、燕、代、齊五國之財力物力人力攻擊而來，那勝負可救難料了。于是派盱臺人武涉前去游說韓信，武涉建議韓信反漢與楚聯合，三分天下稱王齊地。韓信謝絕說：“我曾奉事項王多年，官不過是個郎中，位不過執戟之士。我的話沒人聽，我的計謀沒人用，所以才離楚歸漢。漢王劉邦授我上將軍印，讓我率數萬之眾，脫衣給我穿，分飲食給我吃，而且對我言聽計從，所以我才有今天的成就。漢王如此親近、信任我，我背叛他不會有好結果的。我至死不叛漢，請替我辭謝項王的美意。”
范陽辯士蒯通深知天下大局舉足輕重的關鍵就在韓信手中，于是也勸韓信，認為他雖居臣子之位，卻有震主之功，名高天下，所以很危險。但韓信仍不忍背叛劉邦，又自以為功勞大，劉邦不會來奪取自己的齊國，于是沒有聽從蒯通的計謀。
這時候，彭越在梁地斷絕了楚軍的糧食，項羽決定親自率軍去打擊，臨行前對海春侯大司馬曹咎等說：“你們要謹慎地守住成皋，如果漢軍挑戰，千萬不要和他們交戰，只要別讓他們東進就行。十五天之內，我一定殺死彭越，平定梁地，回來再跟將軍們會合。”于是帶兵向東進發。
項羽走后，劉邦趁機向楚軍挑戰，楚軍遵從項羽的吩咐沒出來。劉邦就派人去辱罵他們，一連五六天，大司馬曹咎忍無可忍，渡汜水出擊，士卒剛渡過一半，早已埋伏好的漢軍大舉出擊，大敗楚軍，繳獲楚軍的全部物資。大司馬曹咎和董翳、司馬欣這兩位再次投到項羽麾下的王都在汜水邊上自刎了。
項羽在睢陽聽說海春侯的軍隊被打敗了，就帶兵往回趕。漢軍當時正把楚將鐘離昧包圍在滎陽東邊，項羽一到，漢軍就放棄圍攻鐘離昧逃入山地。
但漢軍糧草充足，項羽因糧道屢次被彭越阻絕而糧食告絕，士兵們一連幾天挨餓，士氣低落，而漢軍則吃飽喝足，士氣旺盛。劉邦派陸賈去勸說項羽，要求放回太公雙方講和，項羽不答應。劉邦又派侯公去勸說項羽，項羽鑒于自己缺乏糧草，就答應了，和劉邦定約：平分天下，鴻溝以西歸漢，鴻溝以東歸楚。
雙方簽訂合約后，項羽放回了劉邦的家屬，帶上隊伍罷兵東歸了。
劉邦也正要撤兵西歸，張良、陳平勸他說：“漢已據天下的大半，諸侯又都歸附于漢。而楚軍已兵疲糧盡，這正是上天亡楚之時。不如索性趁此機會把他消滅。如果放走項羽而不打他，這就是所謂的‘養虎給自己留下禍患’。”劉邦聽從了他們的建議。
劉邦遂致信韓信、彭越，讓他們一道來會攻項羽。韓信、彭越沒有按約定時間到達，項羽向劉邦發動猛列反攻，把劉邦打得大敗，逃回營壘，掘深壕溝堅守。劉邦問張良：“諸侯不遵守約定，怎么辦？”張良回答說：“韓信的地盤沒有得到明確，彭越還沒有得到地盤，他們不來是很自然的。君王如果能和他們共分天下，就可以讓他們立刻前來。如果不能，形勢就難以預料了。君王如果把從陳縣以東到海濱一帶地方都給韓信，把睢陽以北到谷城的地方給彭越，使他們各自為自己而戰，楚軍就容易打敗了。”劉邦說：“好吧。”于是派出使者告訴韓信、彭越說：“你們跟漢王合力擊楚，打敗楚軍之后，從陳縣往東至海濱一帶地方給韓信，睢陽以北至谷城的地方給彭越。”使者到達之后，韓信、彭越都說：“我們今天就帶兵出發。”于是韓信從齊國起行，劉賈的部隊從壽春和他同時進發，到達垓下。項羽的大司馬周殷也叛離了他，以舒縣的兵力屠戮了六縣，隨同劉賈、彭越一起會師在垓下。各路諸侯的兵馬加在一起，達到七十萬，而項羽只有十萬久戰疲勞的楚軍。
聯軍發起總攻，韓信率軍居中，將軍孔熙為左翼、陳賀為右翼，劉邦率部跟進，將軍周勃斷后，其他各路諸侯分路跟進。
韓信采用誘敵深入戰術，前軍先詐敗后退，左、右翼軍包抄攻擊楚軍后部步軍。楚軍久戰疲勞，后軍迎戰不利，漢軍將楚后軍與前軍分割兩半，韓信再指揮全軍反擊，楚軍大敗，陣亡四萬余，被俘兩萬，被打散兩萬，僅剩不到兩萬傷兵隨項羽退回陣中。
楚軍退入壁壘堅守，被漢軍重重包圍。楚軍兵疲食盡。韓信命漢軍士卒按楚調夜唱：“人心都背楚，天下已屬劉；韓信屯垓下，要斬霸王頭！”。
深夜，項羽聽到漢軍在四面唱著楚地的歌調，大為吃驚，說：“難道漢已經完全取得了楚地？怎么漢營楚國人這么多呢？”項羽連夜起來，在帳中飲酒。有美人虞姬侍奉在旁；有駿馬名騅在帳前。項王不禁慷慨悲歌，作詩吟唱：“力量能拔山啊，英雄氣概舉世無雙，時運不濟呀騅馬不再往前闖，騅馬不往前闖啊可怎么辦，虞姬呀虞姬，怎么安排你呀才妥善。”項王唱了幾遍，美人虞姬在一旁應和。項王眼淚一道道流下來，左右侍者也都跟著落淚，沒有一個人能抬起頭來看他。
項羽眼看支撐不下去了，決定突圍，騎上馬率領八百多親軍突擊而出，飛馳而逃。劉邦立即命令灌嬰帶領五千名清一色騎兵去追趕，灌嬰追上項羽，不停頓地與他交戰。項羽渡過淮河時，部下壯士只剩下一百多人。項羽到達陰陵迷了路，去問一個農夫，農夫干活干得正腰酸腿疼，不耐煩搭理他，就胡說八道隨口說：“向左邊走。”項羽帶人向左，陷進了大沼澤地中。灌嬰追上了他們，項羽又向東跑，跑到東城時，身邊只剩下二十八人。項羽知道自己難以逃脫了，對二十八人說：“我帶兵起義至今已經八年，親自打了七十多仗，我所抵擋的敵人都被打垮，我所攻擊的敵人無不降服，從來沒有失敗過，因而能夠稱霸，據有天下，可如今卻被困在這里，這是上天要滅亡我，決不是我們沒有本領，今天我們再打個樣子，一定勝它三回，斬殺漢將，砍倒軍旗，諸位知道的確是上天要滅亡我，決不是作戰的過錯。”于是把二十八人分成四隊，面朝四個方向。漢軍把他們包圍起幾層。項王對部下說：“我來給你們拿下一員漢將！”命令四面騎士驅馬飛奔而下，約定沖到山的東邊，分作三處集合。項羽高聲呼喊著沖了下去，漢軍像草木隨風倒伏一樣披靡。項羽一連斬殺數名漢將，遇到赤泉侯楊喜，項羽瞪大眼睛呵叱他，赤泉侯連人帶馬都嚇壞了，倒退了好幾里。項羽的部下分在三處會合，漢軍也分為三路包圍，項羽驅馬沖了上去，又斬了一名漢軍都尉，殺死有百八十人，率領部下沖出重圍，聚攏時僅僅損失了兩人。項羽問：“怎么樣？”部下們都敬服地說：“正像大王說的那樣。”
項羽突圍而出到達烏江，烏江亭長正停船靠岸等在那里，對項羽說：“江東雖然小，但土地縱橫各有一千里，民眾有幾十萬，也足夠稱王啦，希望大王快快渡江。現在只有我這兒有船，漢軍到了，沒法渡過去。”項羽笑了笑說：“上天要滅亡我，我還渡烏江干什么！再說我和江東子弟八千人渡江西征，如今沒有一個人回來，縱使江東父老兄弟憐愛我讓我做王，我又有什么臉面去見他們？縱使他們不說什么，我項籍難道心中沒有愧嗎？”于是對亭長說：“我知道您是位忠厚長者，我騎著這匹馬征戰了五年，所向無敵，曾經日行千里，我不忍心殺掉它，把它送給您吧。”命令騎兵都下馬步行，手持短兵器與追兵交戰。項羽一個人就殺掉漢軍幾百人。但是，項羽身上也被重創十幾處，血流如注。猛然間，項羽看見漢軍中的舊相識騎司馬呂馬童，對他說：“你不是我的老相識嗎？”呂馬童指給身邊的王翳說：“這就是項王。”項羽說：“我聽說漢王用黃金千斤封邑萬戶懸賞征求我的腦袋，我就把這份好處送你吧！”說完，自刎而死。王翳搶先割下項羽的頭，其他人互相踐踏爭搶項王的軀體，由于相爭而被殺死的有幾十人。最后，郎中楊喜、騎司馬呂馬童、郎中呂勝、楊武各爭得一個肢體，五人到一塊把肢體拼合，正好都對。為此，劉邦把項羽的土地分成五塊封賞他們：封呂馬童為中水侯，封王翳為杜衍侯，封楊喜為赤泉侯，封楊武為吳防侯，封呂勝為涅陽侯。
項王身死，楚地全都投降了劉邦，只有魯縣不降服，劉邦就派人拿著項羽的頭給魯人看，魯地父老這才投降。當初，楚懷王封項羽為魯公，等他死后，魯國又最后投降，所以按照魯公這一封號的禮儀把項王安葬在谷城。劉邦給他發喪，哭了一通后才離去。項伯因為對劉邦屢有恩德，被劉邦封為射陽侯。