从汉王元年（前206）八月兵出陈仓，到汉高祖五年（前202）初，楚汉战争延续了三年多的时间。就在这短短几年的时间里，刘邦以小击大，终于迫使不可一世的项羽在乌江自刎。
何以如此？项羽方面来说，他残暴寡恩，不但各方诸侯纷纷反项迎刘，连身边亲信也逐渐散去，终于落得众叛亲离的悲惨下场。而就刘邦方面来说，他对人才的笼络和运用，对民心的掌握，和对军事全局的估量，都有很多精彩之笔。
胜利来之不易，并非偶然可得。
刘邦先是“明修栈道，暗度陈仓”，一战击败章邯，司马欣和董翳被迫投降。然后为了麻痹敌人，他派张良写信给项羽说：“汉王失职，欲得关中，如约即止，不敢东。”同时还故意把齐、梁等国约同造反的密信送给项羽。项羽因此北攻齐地，暂时无暇西顾。
当年十月，项羽派九江王英布、衡山王吴芮、临江王共敖谋杀了义帝羋心。刘邦得到这个藉口，大为高兴，即刻挥师出关东向。他派萧何稳定关中的民心，积聚钱粮，派张良、郦食其等人策动关东诸侯反项，自己则先后攻破河南王申阳、韩王郑昌、魏王魏豹、殷王司马卬，一直打进了洛阳城。随即在洛阳为义帝发丧，号召各路诸侯，共讨弒主逆贼项羽。
汉王二年（前205）四月，趁着项羽正在和齐军大战，刘邦率各路诸侯兵马59万，突袭项羽的大本营彭城（今江苏徐州）。可惜进了彭城以后，刘邦老毛病又犯了，尽收项羽珍宝、美女，然后每日置酒高会，以为天下指日可定。
项羽听说彭城失守，急忙把讨伐齐国的指挥权交给部下，自己亲率3万精兵赶了回来。两军在城外大战，从早晨直杀到中午，汉军溃败，战死的竟然超过20万人。刘邦在数十骑的保护下仓皇逃走，连父亲刘太公和老婆吕雉都顾不上了。
经过彭城之败，诸侯大多背弃和汉国的盟约，重新倒向楚霸王。刘邦逃到下邑，得到吕雉兄长吕泽的帮助，收拢残兵，退守荥阳。他就在这里坚守不战，以牵制项羽主力，同时策动彭越和九江王英布从侧面打击项羽，派韩信北进，从赵地直到齐地，逐步蚕食摇摆于项、刘间的诸侯势力。韩信先后平魏，破代，攻灭赵国，逐一斩断项羽在北方的臂膀。
刘邦还采纳陈平之计，用黄金四万金在西楚阵营内实施反间计。他困守荥阳，向楚求和，项羽就派使者前往汉营。陈平准备了美酒佳肴款待，可临到使者准备动筷子，陈平却故作惊讶状，说：“吾以为亚父（指范增）使，乃项王使！”命令撤掉美食，换上粗粮。使者回去禀报项羽，项羽果然对范增起了疑心。
因此范增屡次催促急攻荥阳，项羽总是不肯听从。范增又是痛心，又是愤怒，说：“天下事大定矣，君王自为之，愿请骸骨归。”辞职归国，还没走到彭城，就重病身亡了。
楚军围困荥阳一年多的时间，断绝了汉军的运粮道路，刘邦实在熬不下去了。汉王三年（前204）五月，楚军攻势转急，大将纪信对刘邦说：“请让我去蒙骗楚人，你趁机逃出去吧。”于是半夜打开荥阳东门，放出2000多披甲的妇女，纪信穿着刘邦的衣服，坐着刘邦的马车，打着刘邦的旗号，跟随在后，口中大喊：“城中粮食已经吃完了，汉王投降！”楚军欢呼围观，刘邦趁机带着十多名亲信从西门逃了出去。
项羽知道上当后，凶残地烧死了纪信。刘邦逃出荥阳，经成皋（今河南巩县东北）进入函谷关，在关中召募了一些兵马，准备重返荥阳前线。辕生献计说：“汉与楚相距荥阳数岁，汉常困。愿君王出武关，项羽必引兵南走，王深壁，令荥阳成皋间且得休。”刘邦采纳了他的建议，进军宛（今河南南阳）、叶（今河南叶县）方向，与助汉的九江王英布相配合，以调动楚军南下。
项羽果然中计，率主力匆匆杀来夺宛，刘邦坚壁高垒，不肯出战。
深入敌后的豪杰彭越，恰在此时于下邳大败楚军。项羽被迫放弃刘邦，东征彭越。刘邦趁机北进至成皋，可是还没站稳脚跟，项羽打败彭越后又杀了回来，一战攻克荥阳。刘邦匆忙和夏候婴两人共乘一辆马车，从成皋逃出去，北渡黄河，宿在修武（今河南获嘉）。
这里已是赵地，韩信、张耳两将正在此处指挥作战。刘邦直闯入两将营中，把他们所有的兵马都划归自己直接统辖，然后派张耳在赵地征兵，韩信往东去经略齐地。
刘邦有了这支兵马，胆气又壮了起来，他派卢绾、刘贾率2万精兵南渡黄河，配合彭越在西楚内部打游击战。当年十月，已经攻克成皋的项羽，留下大司马曹咎守城，对他说：“谨守成皋。若汉挑战，慎勿与战，无令得东而已。我十五日必定梁地，复从将军。”然后主力东向，再次去讨伐彭越。
项羽一走，刘邦立刻就赶了回来，派人羞辱曹咎，诱其出城来战。战斗结果是楚军大败，曹咎自杀，刘邦收复了成皋。项羽听闻消息，匆匆回军来救，和刘邦对峙于广武（今河南荥阳东北）。
这半年多以来，项羽寻求决战不得，平叛又疲于奔命，也多少有点吃不消了，就提出愿和刘邦单挑以决胜负。刘邦笑着数落项羽的十项大罪：
“一，封我做汉王，背弃了‘先入关中者王之’的前约；二，矫诏杀死卿子冠军（指宋义）；三，救赵以后不回报国君，却裹胁诸侯兵杀入关中；四，烧毁秦的宫殿，挖掘秦始皇陵墓，所得财物全都私吞；五，杀死降王子婴；六，在新安坑杀秦国降卒20万；七，封给诸将富庶的领地，而驱逐他们的故主；八，赶走义帝，自己霸占彭城，还夺取韩、梁等国的封地；九，派人暗杀义帝于江南；十，政令不公，不讲信义，大逆不道，天下所不容。”
末了还说：“我以天下的大义，联合诸侯来讨伐你。你最终一定会死在小兵手里的，我干嘛和你单挑？”
项羽闻言大怒，命令弓弩齐发，结果一箭正中刘邦胸口。刘邦恐怕动摇了军心，假装摸摸脚趾，喊：“啊呀，被贼人射中脚趾了。”