当陈胜、吴广在大泽乡起义时，项梁和侄子项羽正在吴中避难。项羽少年时，跟从叔父学习读书写字，没有学成就放弃不学了，然后又学习剑术，同样也是半途而废。项梁非常生气，责备项羽不争气，项羽却说：“读书写字，只要会写自己的名字就行。剑术再好也只能敌对一个人，要学就学能够敌对万人的本领。”于是项梁就教项羽兵法。开始，项羽非常高兴，但是在粗略地学习了兵法大意后就不肯再继续学下去。长大后，项羽身长八尺，力能扛鼎，才能和气度都超过常人。
陈胜首先向秦王朝发难，会稽郡守殷通想要发兵响应陈胜，命令项梁和桓楚指挥兵马。项梁指使项羽斩杀殷通，夺得郡守印绶，郡守卫兵暴乱，一百多人被项羽斩杀，于是郡内官吏慑服。项梁随即征集郡内丁壮，得精兵八千人，响应起义。项梁担任郡守，年仅二十四岁的项羽为副将。
项梁率领八千江东子弟反抗暴秦，队伍逐渐壮大。陈胜牺牲后，项梁召集各部将领商议大计，其中包括刘邦。年逾七十的谋士范增前往劝说项梁：“秦国兼并六国，楚国最无辜。楚怀王被骗入秦国，楚人现在还怀念他。所以楚南公说：‘楚国即便只剩下三户人家，灭亡秦国的也必定是楚国。’不如拥立楚王的后代为王，这样可以得到民心。”项梁听从建议，找到楚怀王的孙子，立为楚王，同样号称“楚怀王”。
此后，项梁领导的楚军声势更为浩大，先在东阿击败秦将章邯，又在定陶大败秦军，项梁逐渐骄傲自大。宋义规劝说：“骄兵必败，现在士兵已经有些懈怠，而秦兵却日益增多，我替您担心啊！”项梁不听，将宋义派去出使齐国。宋义在途中遇到齐国使者，便对他说：“我料定项梁必定会失败，你慢点去可以免遭一死，否则就有丧命的危险。”果然，楚军在定陶败于章邯，项梁战死。
项梁死后，章邯认为楚军不再构成威胁，于是北上攻打赵国。邯郸被破，张耳与赵王歇逃入巨鹿城，秦军以重兵围困巨鹿，赵王向楚军求援。这时候，齐国的使者已经到达楚地，对楚怀王说：“宋义料定项梁必败，没过几天就应验了。还没有开战就能预料到结果，可以说是懂得兵法了。”于是楚怀王召来宋义商议，对他非常赏识，任命他为上将军，项羽为次将，范增为末将，领兵去援救赵国。
援军到达安阳后，宋义传令按兵不动，这样一直待了四十六天。项羽忍不住责问宋义：“赵军形势危急，应当火速救援。楚军与赵军内外夹击，秦军必败无疑，为什么要停止不前呢？”宋义回答说：“现在救援，还不如先让秦军和赵军相斗。秦军即使战胜赵军，也会疲惫，那时候我们就可以趁机发起攻击；如果不能战胜，我们就更能轻易击破秦军。披坚执锐，冲锋陷阵，我不如你；但是运筹帷幄，制定策略，你不如我。还是再等等吧！”并在军中下令：“有不服从指挥者，一律处斩。”
项羽私下召集将士，说：“我们本来是要合力攻打秦国的，现在却长久按兵不动。现在遭遇荒年，军中没有存粮，应当迅速赶往赵国，取用赵国的粮食，与赵军合力破秦。秦国强大，新建立的赵国必败无疑，赵国被攻占，只会增强秦军的实力，到时候又哪里会有可乘之机？况且我军刚刚吃了败仗，需要有一仗来重振军心。”项羽与众将士谋划好，第二天来到宋义的帐中，斩下宋义的首级，然后向军中发布号令说：“宋义想要反楚，楚王密令我杀了他！”军中将领都畏惧项羽，没有人敢反抗，一致拥立项羽为代理上将军。
项羽杀了宋义之后，威震楚国，被楚王任命为上将军。取得指挥权后，项羽当即派遣英布领兵两万前往救援巨鹿。楚军加入后，战事立即出现转机。楚军首先截断秦军的粮道，然后项羽率领全军渡过黄河。渡过黄河后，项羽命令将士凿沉船只，砸坏炊具，烧毁营帐，只携带三天的口粮攻击秦军，以示死战之心。
楚军一到巨鹿，就迅速包围秦军，与秦军经过九次交锋，终于大败秦军，秦将章邯被迫领兵撤退。其实在项羽到来之前，就有许多支诸侯军前来救援，但是大家一直观望，不敢轻易出战。等到项羽击败秦军，章邯败走之后，他们才敢出来追击秦军。
项羽率领楚军与秦军交战，楚军士兵凶悍善战，无不以一当十，各诸侯军将领看得心惊胆战。等到击败秦军后，项羽召见前来救援的各路诸侯军将领。这些将领进入项羽营帐的时候，都跪着用膝盖前行，不敢仰视项羽。从此以后，项羽成为各路诸侯的上将军，是各路反秦起义军的首领。
项羽破釜沉舟，斩杀二十万秦军，使秦军遭受重创，而章邯率领的另外二十万大军不久也被迫向项羽投降。巨鹿之战中，项羽率领五万楚军击败秦将章邯、王离所率领的四十余万秦军主力。
范增：项羽的主要谋士，被项羽尊为“亚父”，曾多次劝说项羽及早除掉刘邦，但均未被采纳。后来，陈平用计离间项羽和范增的关系，范增因此被项羽猜忌，于是告老辞官，归乡途中病发而死。
英布：因为年轻时受过黥刑（即脸上被刺字，然后用墨炭涂黑），所以又被称作黥布。最初跟随项羽，是项羽最为依仗的大将，被封为九江王。后来叛楚归汉，与韩信、彭越并称“汉初三大名将”，最后被告谋反被杀。