巨鹿之战后,项羽乘胜追击,秦军节节败退,军心涣散.章邯见大势已去,率二十万秦军投降了项羽.项羽却在西进途中,在新安城（今河南绳池东）下令将这二十万降卒全部坑杀.这时,另一路起义军汉高祖乘秦军主力被项羽牵制在巨鹿,关中空虚,占领了咸阳.
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」（史记?项羽本纪）.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（占有今江苏、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.
由于项羽分封不公,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,结果被阻于荥阳以东.双方在成皋一带相持两年之久.这期间,汉高祖采取了正确的作战指导,扼守成皋,在持久战中消耗对方实力,伺机反击；项羽找汉高祖决战,又急攻不下.双方力量对此发生了根本变化,汉军由弱变强,项羽由强变弱.
汉高帝五年（公元前202年）,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28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,年仅31岁.汉王刘邦以鲁公礼葬项羽于谷城(今湖北省襄樊市谷城县）.
