漢元年(公元前206年)十一月，諸侯的士卒原來都曾在秦服過徭役，受盡秦兵的鞭撻，而今秦兵投降諸侯，諸侯兵都把秦兵當作奴隸來驅使，引起秦兵的不滿，暗地裡作打算。諸侯聽聞到秦兵的計策，將其告訴項羽，項羽召集黥布、蒲將軍等人商議，認為秦兵很多，入關中後如果不聽令，會引起非常大的禍患。於是，項羽將秦降卒二十余萬全部在新安城南連夜坑殺。

分封諸侯

項羽消滅了秦軍主力後，即率諸侯軍向關中挺進，行至函谷關，發現有兵守關，項羽軍無法通過，又聽說劉邦已經攻破鹹陽，項羽大怒，派當陽君攻破函谷關，四十萬大軍駐扎於新豐鴻門，劉邦軍十萬駐扎灞上。

劉邦左司馬曹無傷派人告訴項羽，說劉邦想在關中稱王，並且用子嬰為相，珍寶全部佔有。范增也告訴項羽，說劉邦在山東時貪財好色，入關後卻不取財物女人，志向不小，應該趁早殺了他。

項羽叔父項伯與劉邦手下的張良關系友好，連夜前往劉邦軍見張良，想要勸張良逃走，卻反被張良拉攏。項伯回來後告訴項羽，劉邦攻破鹹陽有大功，如果進攻他是不義之舉，項羽表示讚同。

劉邦第二天率領一百多騎兵來見項羽，范增暗示項羽殺掉劉邦，但項羽為人不忍，默然不應。於是，范增讓項莊於席間舞劍，伺機刺殺劉邦，而項伯也拔劍起舞，擋住項莊。張良見狀，至軍門找樊噲前來。

樊噲強行進帳，對項羽進行一番了說辭，項羽無言以對。於是劉邦伺機逃脫。他留張良將白璧玉鬥獻給項羽和范增，自己以上廁所為由，扔下車騎，隻帶樊噲、夏侯嬰等人從酈山道逃回霸上。項羽接受了白璧放在桌上，而范增卻將玉鬥摔在地上拔劍砍破，歎道:“奪項羽天下的人，一定是劉邦。”

項羽進入鹹陽後，引兵屠戮鹹陽，殺秦王子嬰，火燒秦王宮，大火連續燒了三個月沒有滅，搜集寶物美女準備回江東，有人勸項羽說關中富饒，可以成王霸之業。但項羽見秦王宮都已經被毀壞，自己又迫切的想回到江東，於是不聽。那人又說，都說楚人性情殘暴，果然是這樣。項羽聽到後，把那個人殺了。

項羽在得到楚懷王的同意後，自立為西楚霸王，封劉邦為漢王，章邯為雍王，司馬欣為塞王，董翳為翟王，魏王豹為西魏王，申陽為河南王，司馬卬殷王，趙王歇為代王，張耳為常山王，當陽君英布為九江王，吳芮為衡山王，共敖為臨江王，燕王韓廣為遼東王，臧荼[zāngshū]為燕王，齊王田市為膠東王，田都為齊王，田安為濟北王等十八個諸侯王。

彭城之戰

項羽分封完諸侯，諸侯各前往封國，項羽將義帝遷往長沙郴縣，暗中令衡山王吳芮、臨江王共敖於途中將義帝殺死。

漢元年(公元前206年)八月，齊、趙諸侯叛亂，項羽率軍前往平亂，聽聞劉邦已定關中，非常憤怒，封鄭昌為韓王，派其前往阻擋劉邦，令蕭公角阻擊彭越。彭越擊敗蕭公角後，張良偽作韓王書給項羽，說劉邦隻想得關中，不會向東用兵，又偽作齊王、梁王書給項羽說齊王準本和梁王齊心協力滅掉楚國。於是項羽放心攻打齊國。項羽征召九江王英布，英布托病不出，派遣手下將領隻率領幾千人前往，項羽因此怨恨英布。

漢二年(公元前205年)冬，項羽北至城陽，田榮引兵會戰，被項羽擊敗，田榮逃往平原，被平原民殺死。項羽燒毀齊國房屋，將降卒全部坑殺。把擄掠的男女老幼全部遷往北海，死傷無數，齊國人因此聚在一起反叛，田橫趁機收編齊兵數萬反攻城陽，項羽久攻不下。

劉邦率領五路諸侯兵馬有五十六萬，向東攻打楚國，項羽聽聞後，留部將繼續攻齊，自己親率精兵三萬去救援彭城。劉邦攻下彭城後搜集珍寶美人，大擺宴會。項羽率軍從早晨開始，由蕭縣從西打到東，中午時打到彭城，大破劉邦軍，殺死漢兵十余萬。劉邦軍逃往南山，項羽率軍追到靈壁東阻攔，漢兵落入睢水十余萬，睢水為之不流。項羽把劉邦包圍了三層，卻被一陣大風吹亂楚軍，劉邦趁機率領數十騎兵走脫。

彭城之戰

劉邦逃往下邑，收集敗亡散卒至滎陽，各路敗軍先後前來會合，蕭何也發動關中沒有登記在冊的百姓前來投奔劉邦，劉邦因此軍勢得以重振。 項羽乘勝來戰，無法取勝。劉邦彭城大敗後，諸侯反叛劉邦，歸附項羽。

漢三年(公元前204年)，劉邦在滎陽修築甬道用以過河取敖地的糧食，項羽軍多次侵奪甬道，劉邦軍無法取得糧草補充，非常害怕，於是，與項羽議和，項羽同意。

鴻溝和議

項羽在范增的建議下，與范增合圍滎陽，打算把劉邦消滅。劉邦非常害怕，采取陳平的計策，離間項羽和范增，項羽於是剝奪了范增的權利。范增沒有想到項羽竟然會懷疑自己和劉邦有勾結，十分氣憤，於是告老還鄉，但在途中病死。

項羽將滎陽的劉邦四面圍定攻打，劉邦軍勢非常危急，部將紀信於是引兩千軍乘黃車假扮劉邦出城，說劉邦願意投降，項羽趕來見到紀信問劉邦在哪，紀信說劉邦已經逃走了，項羽於是將紀信燒死。

漢四年(公元前203年)，項羽攻下滎陽，處死滎陽守將周苛、樅公。而劉邦走宛、葉，派人說服英布背叛項羽，進入成皋。項羽得知後迅速率兵前來攻打，奪下成皋，一路西進。劉邦逃亡鞏縣，派重兵阻擋，項羽無法挺進。

此時，彭越渡河攻擊東阿，楚將薛公兵敗身死，項羽於是親自率軍攻打彭越，彭越敗走，但成皋卻被劉邦趁機奪下。項羽回軍與劉邦對峙於廣武，相持了幾個月。