项羽大为不满，率军破关而入，进驻鸿门（今陜西临潼东北）。当时项羽军四十万，汉高祖军不足十万，双方力量悬殊。汉高祖自度力量不敌项羽，便采纳张良计策，拉拢项羽叔父项伯，亲自到鸿门请罪。鸿门宴上，觥筹交错中闪烁著刀光剑影。项羽的谋士范增几次举起所带玉块，暗示项羽杀死汉高祖，项羽却优柔寡斯，被汉高祖借故逃脱。这就是历史上有名的「鸿门宴」的故事。项羽依靠强大兵力，暂时压制汉高祖。引兵进入咸阳，「杀秦降王子婴，烧秦宫室，火三月不灭，收其货宝、妇女而东」。项羽挟其军事上的余威，以诸侯上将军自居，发号施令。他自立为西楚霸王，取梁、楚之地九郡（zhan有今江苏、安徽、山东、河南部分地区），定都彭城（今江苏徐州）。同时又割地封王，分封了十八个诸侯。封汉高祖为汉王，王汉中、巴蜀，企图限制汉高祖势力的发展，使其不得东进。结果养虎贻患，导致汉军势力日后卷土重来。
由於项羽分封不公，引起诸侯和功臣不满。先是田荣据齐反楚，项羽急忙率军讨伐，汉高祖便乘隙东进。公元前二0八年八月，汉军从汉中潜出故道，打败项羽所分封的秦地三王，迅速东进，直抵阳夏（今河南太康）。接著，又乘项羽与齐军交战之际，一举攻入楚都彭城，羽急忙率三万精兵还救彭城。
此时，汉高祖仗恃兵多将广，麻痹轻敌。项羽军则收复失地心切，斗志旺盛。三万楚军在项羽率领下，出山东经胡陵（今山东鱼台东南）趋萧（今江苏箫县西北），直抵彭城汉军侧背。战斗从拂晓开始，楚军勇猛顽强，边打边冲。到了午时，已将汉军打得大败。楚军追到彭城东北的泗水，汉军纷纷落水，死者十余万。汉军向南方山地溃逃，楚军追击至灵壁（在今安徽省）以东的睢水上，又歼灭数十万人。汉高祖只率数十骑逃出重围，连妻子吕雉和父亲太公都作了项羽的俘虏。彭城一战，项羽决策果断，迅速率精兵回救彭城，出敌不意，击溃汉军数十万之众，是战史上以少胜多的范例。
彭城之役后，项羽乘胜进军，在京邑、索亭间（荥阳西、南）同汉高祖打了一仗，结果被阻於荥阳以东。双方在成皋一带相持两年之久。汉高祖发兵向项羽发动总攻，在垓下把项羽军团团包围。此时，十万楚军已兵疲粮尽，士气低落。夜间又听到汉军在四面唱起了楚歌。项羽大为吃鶭，便借酒浇愁，慷慨悲凉地唱道：「力拔山兮气盖世，时不利兮骓不逝。骓不逝兮可奈何干，虞兮虞兮若奈何？」唱罢飞身上马，带领八百骑突围南去。来到东城（今安徽定远东南），只剩二十八人。他想东渡乌江重整旗鼓，又觉无颜见江东父老，奋力拚杀一阵，遂横剑自刎而死。 ”
