项羽率领各路诸侯军攻占咸阳之后，将已经投降的秦王子婴杀死，并一把火焚烧了秦国的宫殿，包括尚未建成的阿房宫，熊熊的大火烧了三个月都没有熄灭。随即对咸阳进行屠城，并洗劫城中金银财宝，使得秦地百姓对他恨之入骨。
灭掉秦朝之后，项羽以盟主的身份，划分天下的土地，对各路诸侯以及部将进行封赏。项羽自立为西楚霸王，管辖原来楚国和魏国的土地，定都彭城。项羽和范增都怀疑刘邦有争夺天下的野心，便将他封在偏远的巴蜀之地，称为汉王。这片土地道路艰险，是秦朝流放犯人的地方，但这片土地也属于关中，所以项羽的这个做法并没有违背当初的约定：谁先进入函谷关，平定关中，就可以在关中称王。刘邦接受封地时，大为震怒，想要攻打项羽，在萧何的劝阻下忍辱去了封地。另外，项羽还小心地防备着刘邦，将关中分割成三个部分，以秦朝降将章邯、司马欣、董翳为王，用以监视和钳制刘邦。
公元前206年，刘邦拜韩信为大将军，听从韩信“明修栈道，暗度陈仓”的计策，一举平定三秦之地。项羽得知刘邦的行动后，派大军阻止刘邦东进，张良便写信给项羽说：“如果按照约定，将汉王应得的封职还给汉王，汉王也一定会兑现承诺，停止与楚军作战。”而此时，其他诸侯也因为获得的封赏不公平，纷纷起来反抗项羽。齐国的田荣和梁地的彭越联合赵国，同时起兵攻打楚国。所以项羽无暇顾及刘邦，挥军北上攻打齐国。
项羽率领楚军进入齐地后，迅速击败齐王田荣。在齐地，楚军延续了其残暴作风，放火烧了齐国的城市，强抢齐国人的子女，齐国的百姓纷纷聚集起来反抗项羽。田荣的弟弟田横聚集残兵败将，得数万人，重新与楚军作战。项羽只能继续留在齐地作战，但几次交战都没能击败齐军。
此时，刘邦趁项羽率军攻打齐国，楚国出现空虚的机会，率军东进，攻打楚国都城彭城。项羽听说刘邦率军东进，但是他人已经在齐国作战，于是就想在平定齐国之后再去攻打刘邦。刘邦一路上召集诸侯，得到军队共五十六万人，一同讨伐楚国。很快，刘邦就率领着诸侯联军攻占了空虚的彭城。
项羽得知自己的后方被刘邦攻占，怒不可遏，当即命令手下将领率领一部分军队继续攻打齐国，自己则亲率三万精兵南下攻打汉军。楚军到达彭城附近，安营扎寨，在一个清晨向汉军发起攻击。楚军将士个个骁勇善战，以一当十，只用了半天时间就将五十六万汉军击溃，死伤无数。汉军不敌，仓皇退走，楚军则紧随其后，十多万汉军全部被赶入睢水，致使河水都阻塞得流不动了。
刘邦陷入楚军的包围之中，形势非常危急，然而就在此时，恰好刮起大风，风势非常大，飞沙走石。楚军被吹得阵脚大乱，刘邦才得以逃出。项羽一路追杀，刘邦逃到家乡沛县，只找到自己的儿子和女儿。刘邦坐车逃命，觉得情况紧急，就把儿女推下车，让马车跑得更快。每次滕公都会跳下车，把两个孩子抱上马车。反复好几次后，滕公说：“即使抛弃了两个孩子，马车也不会跑得更快，但是您怎么能抛弃这两个孩子呢？”刘邦对此非常恼怒，多次想杀掉滕公。刘邦仓促逃难，没有带上全部家眷，因此他的父亲刘太公和妻子吕雉落入楚军手中，被项羽安置在军中作为人质。
刘邦召集了一大批残兵败将，准备与项羽决一死战，可是那些曾经和他联盟的诸侯投降了项羽，刘邦只好跟项羽求和，希望只保留一小部分土地给自己。但是范增坚决反对，他说：“这次再不消灭刘邦，以后就真的没机会了。”
听说项羽不同意求和是因为范增后，刘邦便使用反间计逼走了范增，而自己则逃回去重新积聚力量，楚汉角逐由此展开。
彭越：强盗出身，后帮助刘邦征战天下，功勋卓著，被封为梁王，后来因被告谋反遭到诛杀。
田横：原为齐国贵族，起义爆发后，与兄田儋、田荣加入起义军，兄弟三人相继占据齐地为王。刘邦统一天下后，田横不肯称臣，率五百门客逃往海岛。刘邦多次派人招抚，田横被迫前往汉廷，在途中自杀。五百门客得到田横死讯后，也全部自杀。