刘邦做出如下战略部署：以已在宛城、阳夏一带的薛欧、王吸、王陵为南路纵队，由宛城、阳夏出彭城；以曹参、周勃、樊哙、灌婴、郦商等刚刚攻下章邯废丘的部队为北路的纵队，出关后经定陶、胡陵奔彭城；刘邦亲率夏侯婴的剩余诸将，会同塞王司马欣、翟王董翳、殷王司马卬、韩王信、魏王豹五诸侯军为中路纵队，以张良为军师，以张耳、陈平为参乘，由洛阳出发，经雍丘、睢阳奔彭城。这样，除去留守洛阳部队，共有五十六万大军出征。这就叫韩王率五王伐楚。
刘邦的中路大军抵达外黄时，彭越又率三万兵马来会，刘邦命他在原地袭扰梁地，掩护中路军侧背。
南路方面，薛欧、王吸、王陵击破夏阳楚军防线，前进至，与刘邦的中路军会师；北路方面自围津渡过黄河，周勃攻定陶，樊哙攻煮枣，曹参、灌婴、郦商攻定陶，分别击破了当面楚军，随后，周勃、樊哙先行南下与中路会师于外黄，曹参与灌婴、郦商追击楚军至胡陵，与中路会师。
至此，中、北、南三路大军会师于肖、砀地区。安排刘邦留下十万部队扫荡肖、砀地区楚军，然后率领四十余万大军杀向彭城。
彭城相当空虚，只有老弱兵数千，刘邦兵临城下，守军纷纷逃散，刘邦一举拿下了项羽的都城彭城。
刘邦进入彭城后，派樊哙率军十万北出邹鲁、瑕丘、薛县，进至峄县、枣庄、曲阜、滋阳一带，监视项羽并掩护彭城，然后在楚宫住下，收取项羽宫中宝物美女，与诸侯诸将置酒高会，欢呼畅饮，庆贺伐楚得胜。
此时，项羽陷入前所未有的危机中，面临两线作战，回师救楚，则腹背受敌，且兵力悬殊，刘邦诸侯联军七十余万，项羽全部兵力仅四十万，而且后方沦陷，辎重给养全失。
项羽分析了一下刘邦的情况，认为刘邦貌似强大，但他的直属部队，有十万兵力滞留在肖砀，又有十万由樊哙率领北出，而在彭城之内的三十余万大军，基本都是诸侯联军。为此，项羽制订了一个大胆的计划：以部下将领继续攻齐，他自己则集结包括八千子弟兵在内的全部骑兵部队，共三万铁骑，组成快速部队，实施斩首行动，直捣彭城。
骑兵集结完毕，项羽疾驰南下，以迅雷不及掩耳之势，横扫樊哙统帅的分散在邹鲁、瑕丘、薛县、峄县、枣庄、曲阜、滋阳一带的汉军，将他们快速击垮，然后以一记右勾拳，由胡陵、肖县的结合部包抄闪击彭城。项羽军于夜间抵肖，人不解甲马不停蹄，于马背上饱餐战饭，利用拂晓黎明汉联军酣睡之机，由西向东，向彭城侧背发起攻击，早晨开始进攻，至中午便大破汉联军。汉联军在项羽的突然袭击下无法组织有效抵抗，自相践踏乱作一团，被项羽军于彭城近郊斩杀十万余万。
刘邦闻讯，夺门而逃，项羽纵马追击，汉联军在谷、泗水二水间争相枪渡，再损兵十余万。刘邦继续南逃，项羽猛烈追击，又杀毙数万人。项羽追击汉联军至灵壁以东的睢水上，再斩杀汉联军十万余万人。
刘邦率军逃过睢水时，溺死者不计其数，“睢水为之不流”。项羽追上刘邦，将刘邦及其残部包围了三层，正待聚歼之际，忽然西北大风猛袭而来，飞沙走石，树木连根拔起，一时间天昏地暗，吹打得项羽军阵营混乱。刘邦趁此机会，由太仆夏侯婴亲自驾车，仅带十余名骑兵突围而逃。汉军几乎全军覆灭，塞王司马欣、翟王董翳、殷王司马卬三王见状，又背汉投楚，再次归到项羽麾下。
刘邦逃到沛县，打算带上家眷奔逃，不料其时家眷已闻风逃散，刘邦到家时，家中已空无一人。刘邦只得继续奔逃，碰巧在路上遇见了儿子和女儿，于是把他俩带上车，一块儿西逃。楚军骑兵追赶而至，刘邦感到情况危急，嫌车跑得慢，就把儿子和女儿推下了车，夏侯婴见状，赶紧停车把俩孩子抱上车，一连几次，夏侯婴对刘邦说：“虽然情况危急，马也不能赶得再快，怎么能把他们扔掉呢？”姐弟俩这才得以脱险。此时，刘邦的大哥刘伯以及后母已经亡故，他大嫂以及二哥刘喜和异母弟刘交各自带着家人逃散，刘邦的私生子刘肥业跑丢了，只剩下刘邦的父亲刘太公和老婆吕雉，在刘家舍人审食其随从下奔逃，审食其打听到刘邦正在西逃，就带着刘翁和吕雉抄小路追赶刘邦，不幸遇到楚军，楚军把他们俘虏，交给了项羽，项王便把他们留在军中，当作人质。
这时候，刘邦的大舅子吕泽率兵一部驻守在下邑，刘邦就顺小路投到他那里，这才喘了一口气，便在吕泽那里收集败兵，然后一道退往荥阳。刘邦到荥阳时，各路败兵也陆续会集在这里。
这时项羽犯了致命错误，他一战把六王数十万联军打得狼奔犬突，以为大功告成，就把追击败兵的任务交给了下属，他自己则进入彭城庆贺去了，从而使得刘邦在荥阳获得喘息之机。萧何把关中没有载入兵役名册的老弱人丁全部征集起来，组成数十万大军，由韩信带领，浩浩荡荡开到荥阳，刘邦精神大振，汉军又重振了旗鼓。
楚军一路追击而至，兵临荥阳，韩信率军出战，在京邑、索邑之间一举将追击的楚军击败，然后构筑堡垒，形势便稳定下来。故而***在指挥解放军横渡长江下江南时作诗云：“宜将剩勇追穷寇，不可沽名学霸王。”
刘邦在荥阳稳住了阵脚，为了重建统一战线，刘邦派人去联络九江王黥布，此时黥布已经将名字改回叫英布，毕竟是一国诸侯了，再叫黥布就不合适了。黥布依然表态在暗中支持刘邦。六八过又派人联络彭越，彭越表示支持刘邦，抗击项羽。随后，在荥阳至敖仓间筑甬道，供应大军军粮。这样，刘邦便在荥阳一带与项羽形成相持之势。
由于项羽离去对付刘邦，齐国的田横趁机组织反击，由于楚军在齐国不得人心，又没了项羽指挥，楚军连战连败，不久就被田横逐出齐地，齐国恢复了大部的国土，然后田横拥立田荣的儿子田广为齐王。但是田横鉴于齐国已精疲力竭，没有继续和刘邦联合，二十遣使与项羽，与项羽达成了媾和，从而使得刘邦少了一个有力盟友。
没了齐国的牵制，项羽便亲自来到荥阳，到后就发动猛攻，一举攻占了刘邦所修筑的甬道。刘邦断了粮道，心里慌张，便派人去找项羽求和，以占据荥阳以西为条件。
范增说：“现在汉军很容易对付，如果不征服它，以后一定会后悔的！”于是项羽不予允和，指挥楚军包围了荥阳。
有个吴郡人，在秦朝之时与魏国的宗室之女魏媪私通，生下一个女孩，取名薄姬。后来这个吴郡人死在了山阴。薄姬在魏媪抚养下长大，出落得花容月貌，非常漂亮。这回时候，魏媪带着薄姬到一个叫许负的那里看相，许负说薄姬将生下天子，于是魏媪就以王室宗亲的身份，把薄姬送到荥阳，进献给了在荥阳与刘邦一同抗击项羽的魏豹。魏豹非常喜欢薄姬，后来听魏媪讲述了许负的话，心中就嘀咕起来，薄姬能生天子，那自己不就是天子的父亲吗？这是上天在暗示自己要开创一个帝王基业。又见项羽势大，刘邦岌岌可危，于是他就萌生了想独立发展的意念，希图今后能能有争夺天下的机会。于是向刘邦请假，说想回河东省亲。刘邦答应了。不料魏豹过了河就下令封锁了黄河渡口，隔绝了与关中的联系。刘邦听到这个消息非常着急，因为河东处于关中与荥阳北边中间的位置，一旦魏豹表示归服项羽，从河东出击，关中与荥阳的联系马上就会被切断。于是，刘邦派郦食其前去说服他。郦食其见到魏豹，魏豹对他说：“人生短暂，恍如白驹过隙，大丈夫当轰轰烈烈。汉王放荡不羁，对诸侯动辄指斥，我实在受不了他。”魏豹所言大致不虚，刘邦待人接物的确总是一副流氓相，这从他接待郦食其、韩信、陈平的情景都可以看出来。但魏豹这话其实仍属托词，因为刘邦放荡不羁也不是一天两天了，以前魏豹为什么能忍受呢？
郦食其无功而返，刘邦急了，就在荥阳危急的关头，仍分出三万兵马，以韩信为主将，张耳为军师，曹参、灌婴为副将，前去征伐魏豹。
韩信出发不久，坏消息又传来。当项羽和刘邦彭城大战的时候，陈馀和赵王歇正带着赵代之兵奔赴彭城相助刘邦，走到途中，听人说在彭城见到了张耳，陈馀知道自己上当了，大怒，于是转兵而回。回国之后，越想越生气，于是就在项羽兵围荥阳的时候，发赵代之兵，奔袭上党，以报刘邦欺诳之仇。于是刘邦传令韩信，必须迅速解决魏王豹，然后去抵御陈馀。
魏豹也是久经战阵了，他料到汉军彼从临晋渡河，于是便将主力布置在黄河东岸的蒲坂。韩信采取“暗度陈仓”的老计策，让曹参率军一部逼近蒲坂，并将所有船只都集中在临晋，他和灌婴从夏阳用瓦罂和木桶制作了简易渡河工具，从安邑那里偷渡过河，占领了安邑。韩信兵至安邑，宛如神兵天降，魏豹措手不及，加之他的主力部队都还在荥阳刘邦那里，没有带回来，因此很快被韩信打垮。魏王豹见大势已去，便携家眷宣布投降，被韩信派人送往荥阳。韩信得到魏国数万降兵，实力大增，决定去攻打陈馀。
鉴于魏王豹并没有公开说出要反叛刘邦，于是刘邦又赦免了他，仍以他统帅留在荥阳的那部分西魏兵，协助防守荥阳。
项羽攻打越来越猛，刘邦很发愁。这时陈平对刘邦说：“项羽有勇无谋，只是范曾老奸巨猾，如果除掉范曾，项羽就没了依靠，臣已经为大王思谋出一个计策。”陈平让刘邦从仓库中拨出四万斤黄金，买通楚军的一些将领，让这些人散布谣言说：“在项王的部下里，范亚父和钟离昧的功劳最大，但却不能裂土称王。他们已经和汉王约定好了。共同对付项羽，如果打垮项羽，两人便分占楚国的国土。”这些话传到霸王的耳朵里，项羽虽然不相信，但对钟离昧却不自觉疏远起来，有重大事情不再请钟离昧商量。进而对范增也不如从前那么客气了。有一天，项羽派使者到刘邦营中，陈平让侍者准备了非常精致的餐具，端进使者房间。使者刚一进屋，就被请到上座，陈平再三问起范增的起居近况，大赞范增，并附耳低声问：“亚父范增有什么吩咐？”使者一头雾水，对陈平说：“我是霸王派来的，不是亚父派来的。”陈平一听，立刻显现出满脸不高兴，嘴里嘀咕着说：“我还以为是亚父派来的呢。”边嘀咕着边拂袖而去，然后叫来几名小卒，撤去了上等酒席，把使者领到另外一间简陋客房，改用粗茶淡饭招待。使者没想到会受此羞辱，大为气愤。回到楚营后，把情形一五一十地都告诉了项羽。由此，项羽便对范曾有所疑惑。这时，范增向项羽建议应该加紧攻城，但是项羽却一反常态．拒不听从。过了几天，范增知道了外面说他私通汉王的谣言，很生气，感到项羽如此轻信谣言，不可扶保，于是他就对项羽说：“天下大事已基本定了，大王自己好好干吧，我年岁大了，身体又不好，请大王准我回家养老。”项羽竟毫无挽留之意，当下同意了他的请求，还派人护送他回家乡。范增一路走，一路叹气，吃不下睡不着，伤心不已。他已经七十五岁了，哪儿受得了这么大的委屈？到彭城的时候，气得背上生了一个毒瘤，就此一病不起，呜呼哀哉了。项羽手下著名的谋臣，竟被陈平小计除掉。
后来项羽知道中了陈平的离间计，气死了范增，大怒，发疯一般猛攻荥阳。没了范曾，项羽依然厉害，荥阳城在项羽猛攻下，堪堪就要陷落。刘邦决定突围，可是楚军已经把荥阳围得铁桶一般，没办法突围。陈平又献上一计：“请大王速写一封诈降信给霸王，约他在东门相见。霸王一定会把他的大军布置在东门外，我们再想办法把他在西、北、南各门的兵引到东门口来，大王就可以从西门冲出去了。”不一会儿，陈平领着貌似汉王的将军纪信来见汉王．说把他化装成汉王的样子出去诈降，吸引敌人把兵力集中围住东门，然后汉王就可以从西门突围了。
次日，天还没亮，汉军便开了东门，陈平差遣二千名妇女，一批一批地从东门出去。南、西、北门的楚兵一听东门外全是美女，便争先恐后地涌向东门。忽然，有人大喊“汉王来了！”大家抬头一看，果然见“汉王”坐在黄屋车里，车辕横木左方插着有毛羽装饰的旗帜，并由由仪仗队开道，慢慢地走出东门，领头的仪仗官边走边大声说：城中粮食已经吃光了，汉王投降。”楚军齐呼万岁。一直走到楚营近前，才发现坐车出来的不是汉王。此时，刘邦趁东门一片混乱，带着陈平、张良、樊哙等人杀开一条血路，向关中方向逃去。项王见到纪信，问：“汉王在哪儿？”纪信说：“汉王已经出城了。”项王把纪信烧死。
刘邦突围前，把防守荥阳城的任务交给了御史大夫周苛、枞公、韩王信、魏王豹四人。刘邦走后，周苛、枞公商议道：“魏豹是已经叛变过的君王，难以和他一块守城。”于是就一起杀了魏王豹。
薄姬后来的经历很有意思，魏王豹被杀后，薄姬被送到刘邦的宫中织工房做了织布工，刘邦有一次到织布工房查看，看到薄姬很漂亮，就将他纳入了后宫。但是刘邦后宫美女如云，薄姬入宫后刘邦就把她给忘掉了，一年多也没有得到刘邦的御幸。刘邦的另外两个美人管夫人、赵子儿，年少时是薄姬的好友，当时她们约定说：“先显贵的人不要忘记同伴好友。”管夫人、赵子儿都受到了刘邦的宠幸，有一次，她俩一道陪伴刘邦，刘邦忙着处理公务，她俩就在一起谈笑，说着说着，说起当年与薄姬的相约。刘邦忙完后问她们笑什么，两人便将谈笑内容告诉了刘邦。刘邦怜悯薄姬，当天就把薄姬召来与她同房。薄姬说：“昨夜我梦见有苍龙盘踞在我肚子上。”刘邦说：“这是显贵的吉兆，我为你促成这件好事。”这一次同房，薄姬就有了身孕，生下儿子刘恒。汉高祖十一年（公元前196年），刘恒年八岁被立为代王。薄姬生下儿子刘恒以后，就很少有机会再见到刘邦。汉高祖十二年（公元前195年），刘邦去世，吕后恼恨刘邦生前宠爱的妃子，把她们都被幽禁起来，并杀害了刘邦最宠幸的戚夫人。薄姬因为极少被汉高祖见爱，因而而得以允许出宫，去了儿子刘恒的封地代郡。刘恒被封为代王的第十七年，吕后去世，大臣们商议拥立继位皇帝，他们都嫉恨外戚吕氏势力的强盛，因此将与律师外戚无关的刘恒迎回立为皇帝，是为汉文帝。那个算命的许负真说着了，薄姬果真的生了个天子。但是这天子并不是魏豹的儿子。
刘邦逃回关中后，整顿兵马准备反攻荥阳，有个袁生给刘邦献计说：“汉与楚相持荥阳，汉屡战不利，您不如出武关，项羽必引兵追逐您向南，您在那里深沟高垒据守，荥阳、成皋一带就得到喘息机会了，您在那里坚守，让韩信猛攻赵国，然后再连结燕齐，这时候您再去荥阳。这样，楚国需要针对的地方就多了，力量必然分散，汉军得到休息，养精蓄锐后再与项羽开战，就能战胜他了。”刘邦采纳了他的建议，于是不去荥阳，转而出兵宛县、叶县地区。到达那里后，刘邦对身边的谋士们说：“像你们这些人，不配共同谋划天下大事。”有个负责传达事宜的随何，听了刘邦的话说：“我不理解您说的是什么意思。”刘邦说：“如果有人能替我出使淮南，让英布发动军队，背叛楚国，把项王牵制几个月，我就好办了，我看你们这帮家伙每一个能有这个本事的。”随何就说：“我请求出使淮南。”刘邦便给了他二十个随从，让他出使淮南。
随何到达淮南，等了三天也没见到英布。随何就对英布的太宰说：“英布不召见我，一定是认为楚国强大，汉国弱小，可这正是我出使的原因。倘使我得以召见，我的话要是说的对，那将对英布大大有利；我的话要是说的不对，就把我们二十人在淮南广场用斧头剁死，用以表示英布亲近楚国之心。”太宰这把这话转告英布，英布接见了他。
随何说：“汉王刘邦派我恭敬地上书九江王驾前，我个人感到奇怪的是，您为什么和楚国那么亲近呢？”英布说：“我一向面向北边以臣子的身份侍奉他。”随何说：“大王和项王都列为诸侯，北向而以臣子的身份侍奉他，一定是认为楚国强大，可以把国家托付给他。项羽攻打齐国时，非常艰难，以至于他亲自背负着筑墙的铲子，身先士卒参与到修筑工事的劳作中，这时大王就该当出动淮南人马，亲自率领着他们，去做楚军的前锋。然而您却只派四千人去，面北而侍奉人家的臣子，是这个样子吗？刘邦攻击彭城，您应该调动淮南所有人马，渡过淮河，帮助项羽与刘邦会战于彭城之下。您拥有万人之众，却没有一兵一卒渡过淮河，这是垂衣拱手观看他们胜败。把国家托付给人家的人，是这个样子吗？您挂着归向楚国的空名，却想扎扎实实地依靠自己，我私下认为大王这样做是不可取的。您认为汉弱小，可是您不知道，楚国的军队即使强大，却背负着天下不义的名声，因为他背弃盟约而又杀害义帝，可是楚王凭借着战争的胜利自认为强大；刘邦收拢诸侯之后，回师驻守城皋、荥阳，从蜀、汉运来粮食，深挖壕沟，高筑壁垒，分兵把守要塞，楚国要想撤回军队，中间有彭越在梁地阻隔，深入敌人国土八九百里，想打又打不赢，攻城又攻不下，老弱残兵辗转运粮于千里之外；等到楚国军队到达荥阳、成皋，刘邦的军队却坚守不动，进攻又攻不破，退却又逃不出汉军的追击。所以说楚国的军队是不足以依靠的。假使楚军战胜了汉军，那么诸侯们自身危惧，必然要相互救援。一旦楚国强大，恰好会招来天下军队的攻击。所以楚国比不上汉国，那形势是显而易见的。如今您不和万无一失的汉国友好，却自身托付于危在旦夕的楚国，我私下替您感到疑惑。我不认为淮南的军队足够用来灭亡楚国。只要您出兵背叛楚国，项羽一定会被牵制，只要牵制几个月，刘邦夺取天下就可以万无一失了。我请求替您提着宝剑去归附汉国，刘邦一定会分割土地封赐大王，又何况还有这淮南，淮南必定为您所有啊。因此，刘邦严肃地派出使臣我，进献不成熟的计策，希望您认真考虑。”英布说：“说得不错。”于是答应叛楚归汉，但仍请求时机不到不要公开泄露这个秘密。
这时，项羽的使者也来到淮南，迫不及待地催促英布出兵。随何径直闯进去，坐在楚国使者的上席，说：“九江王已归附汉王，楚国凭什么让他出兵？”英布大惊，楚国使者站起来就要走，随何对英布说：“大事已成，可以杀死楚国的使者，不能让他回去，我们赶快向汉靠拢，协同作战。”英布说：“就按照你的指教，出兵攻打楚国罢了。”于是杀掉项羽使者，出兵攻打楚国。
项羽闻刘邦在宛，又策反了英布，果然放弃围攻荥阳，引兵南下。项羽以雷霆万钧之势，首先打垮败了英布，英布逃到刘邦那里。英布到时，刘邦又是坐在矮床上让美女洗脚，英布见状，怒火燃胸，后悔前来，想要自杀。当他退出后，来到为他准备的宾馆，见到帐幔、用器、饮食、侍从官员一如刘邦那么豪华，英布又喜出望外，便派人到九江招揽了旧部，与刘邦一起对抗项羽。
刘邦深沟高垒坚守，并不主动出战，项羽攻击了许久，难以攻破刘邦的壁垒。正在这个时候，彭越率军渡过睢水，与楚将项声、薛公战于下邳，彭越大破楚军，项羽不得不引兵去东击彭越，刘邦趁机引兵北上成皋。项羽击破彭越后，闻刘邦已进军成皋，于是挥师向西，再次对荥阳发起猛攻。此时的荥阳城，韩信带走了三万兵，刘邦逃走时又跟去了一部，魏王豹被杀后，那些留在城内的西魏兵都逃散，因此荥阳的防守力量极其薄弱，被项羽一举拿下，活捉了周苛、枞公、韩王信。项王对周苛、枞公说：“给我做将军吧，我任命你们为上将军，封你们三万户侯。”周苛说：“我劝你快快投降汉王，你不是汉王的对手。”项王发怒，煮死周苛，把枞公也杀了，韩王信投降了项羽。后来。韩王信趁看管他的人松懈，又逃了回来。拿下荥阳后，项羽兵发成皋。
项羽猛攻成皋，刘邦遭到大败，与夏侯婴两个人乘坐一辆车逃出成皋玉门，北渡黄河，奔至韩信的营地修武。刘邦想把韩信的军队带走去对付项羽，鉴于韩信这个人太有主见，恐怕他“将在外君命有所不受”，于是就自称是汉王的使者，进入韩信大营后，直奔中军帐，先把韩信的大印抢在手里，然后拟写了全军集合的命令，盖上韩信的大印，发布至全军。当时韩信不再中军帐，见部队紧急集合，莫名其妙，到了中军帐，看到刘邦坐在帅位上正用自己的大印发号施令，哭笑不得。
刘邦问韩信：“你这里有多少兵？”韩信说：“荥阳出发时你给了我三万，大败魏豹后得了西魏降卒三万，共有六万。”刘邦就要全部带走，未等韩信说话，张耳抢先说：“大王不可，陈馀正在向这里进军，一旦他们进军至此，切断关中和前线的联系，局势可就不可收拾了。”刘邦遂决定带走一半，让韩信、张耳仍以三万兵力去迎战陈馀。
于是，刘邦、夏侯婴带领从韩信那里分来的三万军队，反抵黄河。这时，彭越在梁地破楚军燕郭西，攻下梁地十余城，然后渡过黄河，突入到东阿攻打楚军，杀了楚国将军薛公。刘邦闻之，便要渡黄河南进，有个郑忠，劝刘邦不要冒进，应该可派人去增援彭越，待项羽东进时，这里再出击。刘邦然其计，派刘贾率兵去增援彭越，烧毁了楚军的粮草辎重。项羽果然不得不放弃成皋，亲自率兵东进去攻打彭越。刘邦这时率领部队渡过黄河，拿下了成皋，在西广武扎营，筑起坚固的堡垒，就近取食敖仓的粮食。项羽打败彭越、刘贾，平定了东方，又回过头来，但没有攻破刘邦的堡垒，在东广武与汉军隔着广武涧扎下营来，持续了好几个月。广武涧又叫鸿沟，是一条运河，为战国时魏惠王修建，从荥阳北引黄河水，东经中牟县北至开封市南，流经通许县东、太康县西，由淮阳县东南注入颍水。鸿沟把黄河与淮河之间的济、濮、汴、睢、颍、涡、汝、泗、菏等主要河道连接起来，构成鸿沟水系，向南经淮河、邗沟又与长江贯通；向东通济水、泗水，沿济水而下，又与淄济运河联通；向北通黄河，沿黄河向西，又与洛河、渭水相连。
彭越屡败屡战，几次往返梁地，游击袭扰，从而造成楚军粮食断绝，项羽非常焦躁。于是他做了一张高腿案板，把刘邦的父亲刘太公搁置在上面，对刘邦说：“你如果不赶快投降，我就把刘太公煮死。”刘邦的流氓非常人可比，这股流氓劲，从另一个角度也可以理解为大丈夫胸怀。他对项羽说：“我和你一同作楚怀王的臣子，曾相约结为兄弟，我的老子也就是你的老子，如果你一定要煮了你老子，希望你能分给我一杯肉汤。”项羽大怒，就要杀掉太公。项伯说：“天下事还不知道怎么样，再说要夺天下的人是不顾及家的，杀了太公不过是泄私愤，与大事无补，只会增加祸患。”项羽听从了项伯的话，没有杀刘太公。
从此楚、汉长久相持，胜负不决，对峙了好几年。为此，双方士兵都厌倦了长期的军旅生活，百姓们也因不断参加后勤运输而疲惫。项羽忍耐不住了，就对刘邦说：“天下纷纷乱乱好几年，只是因为我们两人的缘故。我希望跟你单独挑战，决一雌雄。再不要让百姓老老小小白白受苦啦。”刘邦笑着回答说：“我宁愿斗智，绝不斗力。”项羽让勇士出营挑战，汉军有个善射的楼烦，每次都把挑战的楚将射死，项羽大怒，亲自披甲持戟出营，楼烦搭箭正要射，项羽瞪大眼睛向他大吼一声，把楼烦吓得眼睛不敢正视，转身逃回营垒。刘邦见来人如此凶猛，把楼烦都吓成这样，就派人去打听是什么人，才知道原来是项羽，刘邦大为吃惊。
项羽约刘邦谈判，两人分别站在鸿沟东西两侧，刘邦口若悬河，一桩一桩列了项羽的罪状，把项羽说急了，不顾谈判规矩下令手下放箭，乱箭射中了刘邦胸部，伤势很重，刘邦害怕影响士气，尖声大叫：“该死的项羽，你怎么射我的臭脚丫子。”说完便支持不住，被扶进了成皋。
在刘邦和项羽相持，北路的韩信却高歌猛进。刘邦留给韩信的兵太少，怎么才能打败拥有数十万大军的赵代联军呢？韩信决定先从薄弱处下手。由于陈馀本人不在代国，代国由丞相夏说掌管，韩信就决定从代国下手。韩信故伎重演，又采取了“暗度陈仓”的老招数，以少量部队在太行山中部链接山西、河北的孔道井陉做出进攻的样子，然后率领主力北进代地。
夏说是个文人，即不会打仗也毫无战略头脑，代国位于延怀张宣盆地的西南沿，地势错综复杂，如果他深沟高垒坚守，韩信是很难得逞的，但是他见韩信来的兵不多，便集结代国十几万大军迎战，这正中韩信下怀，他哪里是韩信的对手，一战便被韩信击垮，俘虏了夏说。韩信得了代国十数万降兵，实力大增。
拿下代地后，韩信同张耳带领曹参、灌婴率全军回师井陉口，打算从井陉越过太行山突入赵国。
赵王歇与陈馀集结赵国二十万大军前来迎战，战国名将李牧的孙子李左车对陈馀说：“韩信渡西河、掳魏王、擒夏说，其势强劲，又有张耳帮助谋划，乘胜欲下赵国，锐不可当，宜坚守而不宜与之决战。这井陉口山势崎岖道路狭窄，兵车不可并行，骑兵不可列队，正是防守的好地方。我听说千里运粮士卒就有挨饿的危险；到吃饭时才去打柴，军队就不会吃饱。韩信行军数百里，其粮草必落在后面，您拨给我三万奇兵，我从小路截断汉军辎重粮草；您在正面深挖护营壕沟，加高兵营围墙而待，汉军前不得战，退不得回，我的部队断绝汉军后路，荒野无食可掠，不出十日，韩信、张耳的头颅就可悬在您的旗下。希望您考虑采纳我的计谋。”
陈馀自恃久经战阵，没把韩信放在眼里，他对李左车说：“兵法上讲，十倍于敌人的兵力就包围它，一倍于敌人的兵力就与之交战。韩信虽号称十数万人，其实大部是得自我们代地的新兵，他的主力不过数万而已，况且千里迢迢来奔袭我们，士兵早已疲惫之极，我们却避而不击龟缩防守，若更强大的敌人前来，我们将如何对付呢？诸侯一定会认为我们胆怯。”没听李左车的计策。
韩信派人暗中探听，得知李左车的计策没被采纳，非常高兴，放胆引兵前来，离井陉口三十里驻扎，半夜挑选两千轻骑兵，每人持一面红旗，从小路来到山坡上隐蔽起来。韩信告诫他们：赵军见我军出击，一定倾巢而出，你们就乘机迅速冲入赵军营地，拔掉赵国旗帜，插上汉军红旗。又让曹参传令全军：“今天打败赵军之后举行会餐。”面对陈馀二十万大军，哪能轻易取胜，将士们谁都不相信，只是假意称是。韩信派出一万部队为先头，背靠泜水摆开阵势。赵军见汉军摆出只有前进而无退路的绝阵，都大笑不已。天刚亮，韩信打起大将军的旗号和仪仗，击鼓进军井陉口。赵军出营迎击，大战良久，韩信、张耳弃鼓旗佯装打败，退到河边的军阵中。赵军见状，倾巢而出，追逐韩信、张耳，争夺汉丢下的旗鼓。韩信、张耳退人河边阵地，采用李牧在雁门关大败匈奴的半月阵，以战车依河布置成弓形，防守周密没有弱点，而兵卒们无有退路，个个拼死作战，赵军无法把他们打败。这时韩信所派的二千轻骑兵，冲入赵军后方营垒，拔掉赵军旗帜，竖起汉军的红旗。赵军久战不胜，想退回营垒，却见营中遍是汉军红旗，大惊失色，认为汉军已经把赵王及其将领俘虏了，于是阵势大乱，四散奔走逃告。陈馀虽斩数人，竭力阻止，却不见成效。这时汉军两面夹击，大破赵军，陈余死于阵中，赵王歇被生擒。韩信下令不许杀李左车，有擒获者赏千金。
韩信大获全胜，诸将前来祝贺，问他：“兵法上说，布阵应是‘右背山陵，左对水泽’，如今将军却背水为阵，还说破赵军之后会餐，当时我们不服，然而取胜了，这是什么战术?”韩信说：“这也在兵法上，只是诸位没留心罢了。兵法上不是说‘陷之死地而后生，置之亡地而后存’吗？但是这一招不到万不得已不能轻易使用，因为我军大部是代地之兵，新归附而战意不强，况且我平素没有得到机会训练诸位将士，这就形同‘赶着街市上的百姓去打仗’，在这种形势下不把将士们置之死地，使人人为保全自己而战；如果给他们留有生路，就都跑了，怎么还能用他们取胜呢？”诸将听了都自叹不如。
拿下赵国后，韩信、张耳又图谋燕国和齐国。不久，李左车被擒获，韩信亲自松绑，请李左车面东而坐，自己执弟子之礼。韩信向李左车请教攻燕之事，李左车辞谢说：“我听说败军之将不可言勇，亡国之臣不敢语政。俘虏哪里有资格同你谈论国家大事？”韩信说：“我听说百里奚在虞国时，虞国灭亡，在秦国而秦国称霸，这不是因为他在虞国时愚蠢，在秦国时聪敏，而是在于国君是否重用他。假使陈余听了你的计策，那我韩信如今已成了阶下囚了。我是诚心向你求教，请你不要推辞。李左车说：“我听说：智者千虑，必有一失；愚者千虑，必有一得。所以说，即使是犯人所说的话，圣人也可以有选择地采纳。不过恐怕我所献的计策不一定值得采用，但我仍愿献上我的愚见。陈馀虽有百战百胜之计，可一招失算，军败鄗下，身死泜水。如今将军渡过西河俘虏魏王，擒夏说于阏与，一举攻下井陉口，在不到一上午的时间就打垮赵二十万大军，诛杀陈馀，生擒赵王歇，名闻海内，威震天下。然而将士疲惫，实际情形难以用兵。如今将军要率领疲惫劳苦的士卒，停顿在燕国坚守着的城池之下，想战又恐怕拖得太久，力量耗尽而不能攻克，弱燕不肯降服，齐国必然固守边境以图自强，燕、齐相持不下，那么刘邦和项羽的胜负也分不出来。我认为‘北攻燕、东伐齐’的计策失策。善于用兵的人常用己之长击他人之短。将军不如按兵不动，休整士卒，安定赵地，抚恤遗孤，日日牛酒犒赏将士，只摆出攻打燕国的态势，而后遣辩士去游说燕国，把自己的优势充分显示在燕国面前，燕一定不敢不听从您。燕降服后再派辩士以燕已降汉说齐，齐必从风而服，即使再聪明的人也不知道该怎样替齐国谋划了。这样天下大事就好办了。用兵之道，本来就有先声夺人，再动实际的策略。”
韩信听从李左车的计策，派使者去燕，给燕王臧荼带去一封信，韩信在信中说：“我主汉王刘邦英勇神武，当初项羽封的十八路诸侯，塞王、翟王、河南王、殷王、韩王、西魏王、代王、赵王等诸王均先后臣服于汉王，汉王派韩信来取燕国，我于心不忍，经禀我主，只要你归顺，还可以做燕王，如果不归顺，汉军必将取燕国，望燕王人情大势。”燕王臧荼原本就没反对刘邦，甚至也曾想参与刘邦发起的诸侯伐彭城，只不过犹犹豫豫最后没吱声，接到韩信的信，感觉韩信说得确实是事实，自思难以抗拒，于是上表请降。
解决了燕国问题，韩信上表刘邦请求立张耳为赵王，镇抚赵国，刘邦同意了，就封了张耳为赵王，任命韩信为赵相，让他们收集赵兵去攻打齐国。
这时候，刘邦在成皋被项羽长期围困，产生了想放弃成皋以东地盘屯兵巩、洛与楚对抗的念头。郦食其进言道：“我听说能知道天之所以为天的人，可以成就统一大业；而不知道天之所以为天的人，统一大业不可成。作为成就统一大业的王者，他以平民百姓为天，而平民百姓又以粮食为天。敖仓这个地方，天下往此地输送粮食已经有好长时间了。我听说现在此处贮藏的粮食非常多。楚国人攻克了荥阳，却不坚守敖仓，只是让一些罪犯来分守成皋，这是上天要把这些粮食资助给汉军。当前楚军很容易击败，而我们却反要退守，把要到手的利益反扔了出去，我个人认为这样做是错了。更何况两个强有力的对手不能同时并立，楚汉两国的战争经久相持不下，百姓骚动不安，全国混乱动荡，农夫放下农具停耕，织女走下织机辍织，徘徊观望，天下百姓究竟心向哪一方还没有决定下来。所以请您赶快再次进军，收复荥阳，占有敖仓的粮食，阻塞成皋的险要，堵住太行交通要道，扼制住飞狐关口，把住白马津渡，让诸侯们看看今天的实际形势，那么天下的人民也就知道该归顺哪一方了。如今燕国、赵国都已经平定，只有齐国还没有攻打下来，而田广占据着幅员千里的齐国，田间带领着二十万大军，屯兵于历城，各支田氏宗族都力量强大，他们背靠大海，凭借黄河、济水的阻隔，南面接近楚国，齐国人又多诈变无常，您即使是派遣数十万军队，也不可能在一年或几个月的时间里把它打下来。我请求奉您的诏命去游说齐王，让他归汉而成为东方的属国。”刘邦回答说：“好，就这样吧！”
刘邦听从了郦食其的计策，不再作撤退打算，并派郦食其前往齐国。
郦食其到了齐国，对齐王田广说：“您知道天下人心的归向吗？”
田广说：“不知道。”
郦食其说：“若是您知道天下人心的归向，那么齐国就可以保全下来，若是不知道天下人心归向的话，那么齐国就不可能保全了。”
田广问道：“天下人心究竟归向谁呢？”
郦食其说：“归向汉王刘邦。”
田广又问：“老先生为什么这样说呢？”
郦食其回答：“汉王刘邦和项王项羽并力向西进军攻打秦朝，在义帝面前已经明白地约定好了，先攻入咸阳的人就在那里称王。刘邦先攻入咸阳，但是项羽却背弃了盟约，不让他在关中称王，而让他到汉中为王。项羽迁徙义帝并派人暗杀了他，刘邦听到之后，立刻发起蜀汉的军队来攻打三秦，出函谷关而追问义帝迁徙的处所，收集天下的军队，拥立以前六国诸侯的后代。攻下城池立刻就给有功的将领封侯，缴获了财宝立刻就分赠给士兵，和天下同得其利，所以那些英雄豪杰、才能超群的人都愿意为他效劳。诸侯的军队从四面八方来投归，蜀汉的粮食船挨着船源源不断地顺流送来。而项王既有背弃盟约的坏名声，又有杀死义帝的不义行为；他对别人的功劳从来不记着，对别人的罪过却又从来不忘掉；将士们打了胜仗得不到奖赏，攻下城池也得不到封爵；不是他们项氏家族的没有谁能得到重用；对有功人员刻下侯印，在手中反复把玩，不愿意授给；攻城得到财物，宁可堆积起来，也不肯赏赐给大家。所以天下人背叛他，才能超群的人怨恨他，没有人愿意为他效力。因此天下之士才都投归刘邦，刘邦安坐就可以驱使他们。刘邦带领蜀汉的军队，平定了三秦，占领了西河之外大片土地，率领投诚过来的上党精锐军队，攻下了井陉，杀死了陈馀，击败了魏豹，占有了三十二座城池，这就如同所向无敌的黄帝的军队一样，并不是靠人的力量，而是上天保佑的结果。现在刘邦已经阻塞成皋的险要，守住了白马渡口，堵塞了大行要道，扼守住飞狐关口，天下诸侯若是不争先归附就要先被灭掉。您若是赶快投降汉王，那么齐国的社稷还能够保全下来；倘若是不投降汉王的话，那么危亡的时刻立刻就会到来。”田广认为郦食其的话是对的，就听从郦食其，撤除了历下的兵守战备，天天和郦食其一起纵酒做乐。
此时韩信正在引兵东进击齐，未到平原渡口，得知郦食其已说齐归汉，韩信想停止进军，这时候，范阳辩士蒯通窜了出来。这个蒯通，就是陈胜起义之时，为武臣成功劝降范阳令那位。蒯通对韩信说：“将军奉诏攻打齐国，而汉王只不过派密使说服齐国归顺，难道有诏令叫您停止进攻吗？况且郦生不过是个说客，凭三寸之舌就降服齐国七十多个城邑，将军统帅几万人马，一年多时间才攻占赵五十多个城邑，一个将军反倒不如一个儒生的功劳吗？”韩信听从蒯通说法，率兵渡河击齐。这时齐国已决计降汉，对汉军戒备松懈，韩信乘机袭击了齐驻守历下的军队，一直打到临淄。齐王田广大惊，认为是郦食其出卖了自己，便把他煮死了。后世李白有诗赞曰：“君不见高阳酒徒起草中，长揖山东隆准公。入门不拜逞雄辩，两女辍洗来趋风。东下齐城七十二，指挥楚汉如旋蓬。”齐王逃到高密后，派人向楚求救。项羽闻讯遣龙且率兵来援，与田广合兵一处，号称二十万。有人向龙且献计：汉军远征作战，所向披靡，而齐楚本土作战兵易涣散，不如深沟高垒，以守为攻。招抚已沦陷城邑，使知齐王存楚来救，这必定使汉军得不到粮食，不战自败。龙且轻视韩信，又急求战功，不用此计，率兵与韩信军隔潍水东西摆开阵势。韩信连夜派人做了一万多条袋子，盛满沙土，壅塞潍河上流。率一半军队涉水进击龙且之阵，龙且出兵迎击，韩信佯装败退，龙且以为韩信怯弱，率军渡江进击，这时韩信命人决开壅塞潍河的沙囊，河水奔流而至，龙且的军队大半没有渡过去。韩信挥军猛烈截杀，杀死龙且。东岸齐楚联军见西岸军被歼，四处逃散。韩信率军急渡水追击至城阳，楚兵皆被俘虏。齐王田广逃走，不久被杀，齐地全部平定。
韩信灭魏、徇赵、胁燕、定齐，之后派人向刘邦上书说：“齐国狡诈多变，是个反复无常的国家，南边又与楚国相邻，如不设立一个代理王来统治，局势将不会安定。我希望做代理齐王，这样对形势有利。”当时，项羽正把刘邦紧紧围困，情势危急，看了韩信的上书，刘邦破口大骂：“我被困在这里这么久了，天天盼着他到这儿来助我，如今不但不来相助，反而要自立为王！”刚骂到这里，忽然觉得自己在桌案下的脚被人踢了一下，一愣，连忙住口。原来，陈平、张良二人正坐在汉王身边，二人深知韩信文武全才，又手握重兵，并且远在三齐，刘邦根本没有能力阻止他称王，这件事倘若处置不当，一旦激成兵变，韩信在齐自立为王，与楚、汉成三足鼎立之势，汉军便又树一敌，天下大事谁胜谁败就难以预料了。刘邦多精明，没等二人说话，立刻就反应过来，顺着话头假意接着骂：“大丈夫既平定诸侯，要做就做个真王，说他娘什么假王。”当下就宣布封韩信为齐王。
齐国失利，龙且战死，项羽非常恐慌。此时，他虽然在与刘邦的对决中一直占据上风，但刘邦就像打不死的小强，非常顽强，屡败屡战，后方又有萧何源源不断供应人力粮草，如果韩信挟魏、赵、燕、代、齐五国之财力物力人力攻击而来，那胜负可救难料了。于是派盱台人武涉前去游说韩信，武涉建议韩信反汉与楚联合，三分天下称王齐地。韩信谢绝说：“我曾奉事项王多年，官不过是个郎中，位不过执戟之士。我的话没人听，我的计谋没人用，所以才离楚归汉。汉王刘邦授我上将军印，让我率数万之众，脱衣给我穿，分饮食给我吃，而且对我言听计从，所以我才有今天的成就。汉王如此亲近、信任我，我背叛他不会有好结果的。我至死不叛汉，请替我辞谢项王的美意。”
范阳辩士蒯通深知天下大局举足轻重的关键就在韩信手中，于是也劝韩信，认为他虽居臣子之位，却有震主之功，名高天下，所以很危险。但韩信仍不忍背叛刘邦，又自以为功劳大，刘邦不会来夺取自己的齐国，于是没有听从蒯通的计谋。
这时候，彭越在梁地断绝了楚军的粮食，项羽决定亲自率军去打击，临行前对海春侯大司马曹咎等说：“你们要谨慎地守住成皋，如果汉军挑战，千万不要和他们交战，只要别让他们东进就行。十五天之内，我一定杀死彭越，平定梁地，回来再跟将军们会合。”于是带兵向东进发。
项羽走后，刘邦趁机向楚军挑战，楚军遵从项羽的吩咐没出来。刘邦就派人去辱骂他们，一连五六天，大司马曹咎忍无可忍，渡汜水出击，士卒刚渡过一半，早已埋伏好的汉军大举出击，大败楚军，缴获楚军的全部物资。大司马曹咎和董翳、司马欣这两位再次投到项羽麾下的王都在汜水边上自刎了。
项羽在睢阳听说海春侯的军队被打败了，就带兵往回赶。汉军当时正把楚将钟离昧包围在荥阳东边，项羽一到，汉军就放弃围攻钟离昧逃入山地。
但汉军粮草充足，项羽因粮道屡次被彭越阻绝而粮食告绝，士兵们一连几天挨饿，士气低落，而汉军则吃饱喝足，士气旺盛。刘邦派陆贾去劝说项羽，要求放回太公双方讲和，项羽不答应。刘邦又派侯公去劝说项羽，项羽鉴于自己缺乏粮草，就答应了，和刘邦定约：平分天下，鸿沟以西归汉，鸿沟以东归楚。
双方签订合约后，项羽放回了刘邦的家属，带上队伍罢兵东归了。
刘邦也正要撤兵西归，张良、陈平劝他说：“汉已据天下的大半，诸侯又都归附于汉。而楚军已兵疲粮尽，这正是上天亡楚之时。不如索性趁此机会把他消灭。如果放走项羽而不打他，这就是所谓的‘养虎给自己留下祸患’。”刘邦听从了他们的建议。
刘邦遂致信韩信、彭越，让他们一道来会攻项羽。韩信、彭越没有按约定时间到达，项羽向刘邦发动猛列反攻，把刘邦打得大败，逃回营垒，掘深壕沟坚守。刘邦问张良：“诸侯不遵守约定，怎么办？”张良回答说：“韩信的地盘没有得到明确，彭越还没有得到地盘，他们不来是很自然的。君王如果能和他们共分天下，就可以让他们立刻前来。如果不能，形势就难以预料了。君王如果把从陈县以东到海滨一带地方都给韩信，把睢阳以北到谷城的地方给彭越，使他们各自为自己而战，楚军就容易打败了。”刘邦说：“好吧。”于是派出使者告诉韩信、彭越说：“你们跟汉王合力击楚，打败楚军之后，从陈县往东至海滨一带地方给韩信，睢阳以北至谷城的地方给彭越。”使者到达之后，韩信、彭越都说：“我们今天就带兵出发。”于是韩信从齐国起行，刘贾的部队从寿春和他同时进发，到达垓下。项羽的大司马周殷也叛离了他，以舒县的兵力屠戮了六县，随同刘贾、彭越一起会师在垓下。各路诸侯的兵马加在一起，达到七十万，而项羽只有十万久战疲劳的楚军。
联军发起总攻，韩信率军居中，将军孔熙为左翼、陈贺为右翼，刘邦率部跟进，将军周勃断后，其他各路诸侯分路跟进。
韩信采用诱敌深入战术，前军先诈败后退，左、右翼军包抄攻击楚军后部步军。楚军久战疲劳，后军迎战不利，汉军将楚后军与前军分割两半，韩信再指挥全军反击，楚军大败，阵亡四万余，被俘两万，被打散两万，仅剩不到两万伤兵随项羽退回阵中。
楚军退入壁垒坚守，被汉军重重包围。楚军兵疲食尽。韩信命汉军士卒按楚调夜唱：“人心都背楚，天下已属刘；韩信屯垓下，要斩霸王头！”。
深夜，项羽听到汉军在四面唱着楚地的歌调，大为吃惊，说：“难道汉已经完全取得了楚地？怎么汉营楚国人这么多呢？”项羽连夜起来，在帐中饮酒。有美人虞姬侍奉在旁；有骏马名骓在帐前。项王不禁慷慨悲歌，作诗吟唱：“力量能拔山啊，英雄气概举世无双，时运不济呀骓马不再往前闯，骓马不往前闯啊可怎么办，虞姬呀虞姬，怎么安排你呀才妥善。”项王唱了几遍，美人虞姬在一旁应和。项王眼泪一道道流下来，左右侍者也都跟着落泪，没有一个人能抬起头来看他。
项羽眼看支撑不下去了，决定突围，骑上马率领八百多亲军突击而出，飞驰而逃。刘邦立即命令灌婴带领五千名清一色骑兵去追赶，灌婴追上项羽，不停顿地与他交战。项羽渡过淮河时，部下壮士只剩下一百多人。项羽到达阴陵迷了路，去问一个农夫，农夫干活干得正腰酸腿疼，不耐烦搭理他，就胡说八道随口说：“向左边走。”项羽带人向左，陷进了大沼泽地中。灌婴追上了他们，项羽又向东跑，跑到东城时，身边只剩下二十八人。项羽知道自己难以逃脱了，对二十八人说：“我带兵起义至今已经八年，亲自打了七十多仗，我所抵挡的敌人都被打垮，我所攻击的敌人无不降服，从来没有失败过，因而能够称霸，据有天下，可如今却被困在这里，这是上天要灭亡我，决不是我们没有本领，今天我们再打个样子，一定胜它三回，斩杀汉将，砍倒军旗，诸位知道的确是上天要灭亡我，决不是作战的过错。”于是把二十八人分成四队，面朝四个方向。汉军把他们包围起几层。项王对部下说：“我来给你们拿下一员汉将！”命令四面骑士驱马飞奔而下，约定冲到山的东边，分作三处集合。项羽高声呼喊着冲了下去，汉军像草木随风倒伏一样披靡。项羽一连斩杀数名汉将，遇到赤泉侯杨喜，项羽瞪大眼睛呵叱他，赤泉侯连人带马都吓坏了，倒退了好几里。项羽的部下分在三处会合，汉军也分为三路包围，项羽驱马冲了上去，又斩了一名汉军都尉，杀死有百八十人，率领部下冲出重围，聚拢时仅仅损失了两人。项羽问：“怎么样？”部下们都敬服地说：“正像大王说的那样。”
项羽突围而出到达乌江，乌江亭长正停船靠岸等在那里，对项羽说：“江东虽然小，但土地纵横各有一千里，民众有几十万，也足够称王啦，希望大王快快渡江。现在只有我这儿有船，汉军到了，没法渡过去。”项羽笑了笑说：“上天要灭亡我，我还渡乌江干什么！再说我和江东子弟八千人渡江西征，如今没有一个人回来，纵使江东父老兄弟怜爱我让我做王，我又有什么脸面去见他们？纵使他们不说什么，我项籍难道心中没有愧吗？”于是对亭长说：“我知道您是位忠厚长者，我骑着这匹马征战了五年，所向无敌，曾经日行千里，我不忍心杀掉它，把它送给您吧。”命令骑兵都下马步行，手持短兵器与追兵交战。项羽一个人就杀掉汉军几百人。但是，项羽身上也被重创十几处，血流如注。猛然间，项羽看见汉军中的旧相识骑司马吕马童，对他说：“你不是我的老相识吗？”吕马童指给身边的王翳说：“这就是项王。”项羽说：“我听说汉王用黄金千斤封邑万户悬赏征求我的脑袋，我就把这份好处送你吧！”说完，自刎而死。王翳抢先割下项羽的头，其他人互相践踏争抢项王的躯体，由于相争而被杀死的有几十人。最后，郎中杨喜、骑司马吕马童、郎中吕胜、杨武各争得一个肢体，五人到一块把肢体拼合，正好都对。为此，刘邦把项羽的土地分成五块封赏他们：封吕马童为中水侯，封王翳为杜衍侯，封杨喜为赤泉侯，封杨武为吴防侯，封吕胜为涅阳侯。
项王身死，楚地全都投降了刘邦，只有鲁县不降服，刘邦就派人拿着项羽的头给鲁人看，鲁地父老这才投降。当初，楚怀王封项羽为鲁公，等他死后，鲁国又最后投降，所以按照鲁公这一封号的礼仪把项王安葬在谷城。刘邦给他发丧，哭了一通后才离去。项伯因为对刘邦屡有恩德，被刘邦封为射阳侯。