坐了一会儿，沛公起身去上厕所，顺便把樊哙叫了出去。沛公出来后，项王派都尉陈平出去叫沛公。沛公对樊哙说：“刚刚我出来，没来得及告辞，怎么办呢？”樊哙说：“做大事不必拘泥小的礼节，行大礼无须躲避小的责备，现如今人家好比是屠刀和砧板，而我们好比是鱼肉，还告辞什么！”于是一行人就离开了那里，吩咐张良留下来向项王谢罪。张良问道：“大王来的时候给项王带了什么礼物？”沛公说：“我带来白璧一双，打算献给项王；玉斗一对，打算献给亚父。恰好赶上他们发怒，不敢进献。您替我献给他们吧。”张良说：“遵命。”
那个时候，项王的军队驻扎在鸿门一带，而沛公的军队驻扎在霸上，相距四十里远。沛公扔下车马、侍从，独自一人骑马脱身而行，樊哙、夏侯婴、靳强、纪信四人手持剑和盾，跟在他后面徒步快跑，从郦山下去，抄芷阳小路往回赶。沛公临行前吩咐张良：“从这条小路到我们军营，不过二十里远。等估计我们回到了军营，您再进去。”沛公一行人离开鸿门，估摸着他们已经抄小路回到了军中，张良才进去致歉，向项王说道：“沛公酒量不大，喝得有点多了，不能亲自跟大王告辞了。谨派臣下张良奉上一双白璧，恭敬地进献给大王足下；一对玉斗，恭敬地进献给大将军足下。”项王问道：“沛公在何处？”张良答道：“听说大王有意要责罚他，他就一个人离开了，现在已经回到军营了。”项王接过了白璧，放在座位上；亚父接过了玉斗，扔在地上，拔剑将其击碎了，说：“唉！项庄这班干不成事的小子，将来同项王夺取天下的，一定是沛公。我们这些人就要变成他的俘虏了！”
沛公回到军中，当即把曹无伤杀了。
项王想要自己称王，就先封手下各将领为王，并对他们说道：“天下刚开始发动起义的时候，暂时立了诸侯的后代为王，目的是讨伐秦朝。然而亲自身披坚甲，手持利器，带头起事，在外三年风餐露宿，灭掉秦朝，平定天下，都是靠诸位将相以及我项羽的力量啊。既然义帝没有立下什么战功，分给我们土地让我们做王，本来就是应该的。”诸将领都说：“好。”于是瓜分天下，立诸将领为侯王。项王、范增怀疑沛公想要据有天下，然而在鸿门之会上已经与之和解了，又有顾忌，所以无法违背当初的约定，还怕诸侯背叛自己，便暗中谋划道：“巴、蜀两郡道路艰险，秦朝时流放的人都是流放到蜀地。”又扬言：“巴、蜀也算关中的地盘。”因此便立沛公为汉王，令他管理巴、蜀、汉中三地，建都南郑。又将关中分成三部分，封秦朝三名降将为王以阻隔汉王的东出之路。项羽自立为西楚霸王，统领九个郡，建都彭城。
汉王于春天率五个诸侯国的人马，共计五十六万人，向东出兵讨伐楚国。项王听到这个消息后，就命令诸将领们攻打齐国，他亲自率领精兵三万人向南前进，从鲁县出胡陵。四月，汉军已经全部进入彭城，不仅掳掠那里的财货、美人，还每天大摆酒席招待宾客。项王率兵向西前行奔往萧县，从早晨开始一面攻打汉军，一面向东推进，打到彭城时已是中午时分，大败汉军。汉军四处逃亡，接连掉进谷水、泗水，楚军杀了约十万多汉军。汉军皆向南逃到山地里，楚军又追击到灵壁以东的睢水边上。汉军向后撤，由于楚军的逼挤，汉军死伤惨重，有十余万人都掉进了睢水，睢水甚至因此被堵塞而不向前流了。楚军将汉王重重包围。正在这个时候，西北方向刮来了狂风，折断树木，掀毁房舍，空中飞沙走石，当即天昏地暗，昼夜不分，狂风向着楚军迎面刮来。楚军大乱，队列当即垮掉，这样，汉王才得以带着几十名骑兵慌忙逃离战场。汉王原本打算经过沛县，接了家眷往西逃，然而楚军也派人追到沛县，要抓汉王的家眷，但汉王的家眷已经逃散，没有能跟汉王见上面。汉王在路上遇到了孝惠帝和鲁元公主，就带他们上车一起往西逃。楚国的骑兵追赶汉王，汉王感到形势危急，就把孝惠帝和鲁元公主推落车下，滕公夏侯婴每次总是下车再把他俩重新扶上车去，这样推下扶上反复好几次。滕公对汉王说：“虽然遇到了危急的情况，但马也不能跑得更快了，我们怎么能抛弃他们呢？”就这样，姐弟俩才脱险。又寻找太公、吕后，却没找到。审食其跟随着太公、吕后走小路，也在寻找汉王，却偏偏遇上了楚军。楚军就把他们带回去，报告给项王。项王一直将他们留置在军营中当人质。
汉王逃出荥阳后，往南跑到宛县、叶县后碰到九江王黥布，一面行进，一面征集士兵，又守在成皋。汉高祖四年，项王发兵包围成皋。汉王只带着滕公逃走，从成皋北门出去，渡过黄河逃向修武，改去投奔张耳、韩信的军队。诸将也陆陆续续追随汉王从成皋逃出。因此楚军攻下成皋，想要往西进。汉王就派兵在巩县抵抗楚军，阻断了楚军往西进的去路。
此时，彭越渡过黄河，去东阿攻打楚军，将楚国的将军薛公杀了。于是项王亲自率兵向东进发攻打彭越。汉王得到了淮阴侯的军队，想要渡黄河向南行进。郑忠劝说汉王，汉王才停止向南进，而是停兵在黄河北岸建军营驻扎下来。汉王派刘贾带兵去增援彭越，并烧掉楚军的粮草辎重。项王继续向东进军，将刘贾打败，将彭越赶走。这时汉王就率领军队渡过了黄河，又重新攻占了成皋，并驻军西广武，就近使用敖仓的粮食。项王已经平定了东海，于是又回过头来向西进发，与汉军隔着广武涧在东广武驻扎起来，两军各自坚守，相持了好几个月。
就是在这时，彭越多次在梁地反楚，绝断了楚军的粮草，项王为此而深感忧虑，他就做了一张高腿几案，把汉王的父亲太公放在上面，告诉汉王：“现在你不赶快投降，我就把你的父亲太公煮了。”汉王说：“我曾和你一起以臣子的身份面向北接受了怀王的命令，我们‘相约结为兄弟’，如此说来，我的父亲也就是你的父亲，如果你非要煮了你的父亲，那么希望你可以分我一杯肉汤喝。”项王发怒，要把太公杀了。项伯说：“天下大事还没有定论，再说要夺取天下的人是不会顾及家庭的，即使杀了他的父亲也没什么好处，只会增添祸患罢了。”项王就听从了项伯的劝告。
楚、汉两军长久相持，成败未决。年轻人苦于长期前线行军打仗，老弱者也疲于后勤水陆运输。项王对汉王说：“天下纷乱的局面已经有好几年了，都是因为我们二人的缘故。我希望能与汉王挑战，让我们决一雌雄，再不要白白折磨天下百姓老小了。”汉王笑着回绝道：“我宁愿斗智，绝不斗力。”项王命令勇士出营挑战，汉军中有一个善于骑射的人叫楼烦，楚国的勇士挑战了他好几次，他们都被楼烦射杀了。项王大怒，于是披甲持戟亲自出营挑战楼烦。楼烦正要向他射箭，项王瞪着眼睛朝他大吼一声，楼烦吓得不敢正视项王，两手拿不起弓箭，于是转身逃回军营，不敢再出来。汉王暗中派人打听，才知道原来挑战的人是项王。汉王大吃一惊。此时项王向汉王靠近，两人隔着广武涧对话。汉王一桩一桩地数落了项王的罪状，项王非常愤怒，要与汉王决一死战。汉王不听，而项王埋伏下的弓箭手将汉王射伤了。汉王受伤后，跑回成皋。
那时侯，汉军人马众多，粮草充足，而项王的人马疲惫，粮草告绝。汉王派陆贾去游说项王，希望他将太公放回来，项王没有答应。汉王又派侯公去游说项王，项王这才与汉王订立平分天下的盟约，约定鸿沟以西的地区归汉，而鸿沟以东的地区归楚。项王答应了这个条件之后，当即放回了汉王的家属。汉军官兵都高呼万岁。于是汉王封侯公为平国君，躲起来不肯再与他见面。汉王说：“此人是善辩之士，他在哪国，就会使哪国倾覆，所以给他一个平国君的称号。”项王订立盟约后，就撤退东归了。
汉王也想撤退回西边去，但是张良、陈平劝他道：“汉现在已经占据了大半个天下，诸侯又都归附于您。楚军已兵疲粮尽了，此时正是上天要亡楚的时候。不如趁此机会把楚军消灭。倘若现在您放走项羽，就是所谓‘养虎而给自己留下祸患’。”于是汉王听从了他们的建议。
汉高祖五年，汉王追击项王一直追到阳夏以南，让军队驻扎在那里，并同淮阴侯韩信和建成侯彭越约好会合的日期，共同进攻楚军。汉军到达固陵后，韩信、彭越的军队却没来会合。楚军攻打汉军，汉军大败。汉王又逃回军营，深挖壕沟坚守。汉王问张良道：“诸侯不遵守约定，这该如何是好？”张良答道：“楚军就快被打垮了，而韩信和彭越还没有分得封地，所以，他们不来是可以理解的。大王如果能与他们共分天下，他们就能立刻前来增援。如果您不能，形势就难以预料了。大王如果将陈县以东至海滨一带的地区都分封给韩信，将睢阳以北至谷城的地区分封给彭越；让他们各自为自己的利益而战，则楚军就容易打败了。”汉王说：“好。”于是就派使者告诉韩信、彭越：“只要你们与汉王合力攻打楚军，打败楚军之后，自陈县往东至海滨一带的地区分封给齐王，自睢阳以北至谷城的地区分封给彭相国。”使者到后，韩信、彭越都对他说：“我们立即就带兵出发。”于是韩信从齐国出发，刘贾的军队从寿春与他同时出发，屠杀了城父，到了垓下。大司马周殷背叛项王，以舒县的兵力屠灭了六县，带领九江的军队，随同刘贾、彭越会师垓下，直逼项王。
项王的军队在垓下修筑了军营，兵少粮尽，汉军及诸侯各军将他们重重包围。到了深夜，能听到汉军在四面八方唱着楚地的歌，项王大惊道：“难道汉军已经完全取得了楚地？为什么有这么多楚国人呢？”项王就连夜起来饮酒于帐中。有一位美人名虞，由于得宠，所以经常跟随在项王身边；有一匹骏马名骓，是项王经常骑的坐骑。此刻，项王不禁自己慷慨地作诗吟唱道：“力量能撼动山脉啊，英雄的气概举世无双，时与运都不济呀，骓马不再往前奔跑！骓马不往前奔跑啊，可如何是好，虞姬呀虞姬，怎样安排你才妥善？”项王唱了几遍歌词，美人虞姬在一旁伴唱。项王的眼泪一道道流下来，左右随从也都跟着落泪，没有一个人忍心抬头看他。
项王骑上马，部下有八百多壮士骑马跟在他后面，趁夜突破重围往南飞驰逃走。天快亮时，汉军才发觉项王逃走，骑将灌婴率五千骑兵去追赶他们。项王渡过淮河，部下壮士骑马能跟上的，只剩一百多人了。
项王到了阴陵后迷了路，问了一个农夫，农夫骗他道：“往左边走。”项王带人往左走，结果陷入大沼泽地里。因此，汉军追上了他们。于是项王又带着骑兵向东逃，到达东城时，只剩下二十八人。追上来的汉军骑兵有几千人。项王估计自己不能脱身了，对他的骑兵说道：“我带兵起义到现在已经八年了，身经七十多次战役，阻挡我的敌人都被我打垮，我攻击的敌人无不降服，从来不曾失败过，因而我才能够称霸天下。可是如今我被困在这个地方，这是天要亡我，决不是用兵的过错。今天一定得下决心战死了，我愿意为诸君打一次痛痛快快的仗，一定接连胜它三回，助诸君冲破重围，斩将，砍旗，让诸君知道这的确是天要亡我，决不是用兵的过错。”于是项王把随从分成四队，向四面突围。汉军把他们重重包围起来。项王对他的骑兵们说：“看我来给你们斩一员汉将！”他命令四面的骑士策马飞奔而下，相约冲到山的东边分三处集合。这时项王高声呼喊着奔驰而下，汉军像草木一般随风倒伏而溃败了，项王斩杀了一员汉将。当时汉军骑将是赤泉侯杨喜，他在后面追赶项王，项王瞪着眼睛呵斥他，赤泉侯连人带马都受到了惊吓，倒退了好几里。项王同他的骑兵分三处会合了。汉军无人知道项王的去向，就兵分三路，再次包围了他们。项王继续驱马冲了上去，又斩了汉军的一名都尉，杀死上百人，又聚拢他的骑兵，他的骑兵仅仅损失了两名。项王就问他的骑兵们：“怎么样？”骑兵们都敬佩地对他说：“正如大王您所说的那样。”
这时项王想要东渡乌江。乌江亭长正停船等在岸边，他对项王说：“江东虽小，但土地纵横千里，民众也有几十万，足以令您称王。希望大王赶快渡江。现在只有我有船，即便汉军到了，他们也没法渡江。”项王笑道：“天要亡我，我何必渡乌江！再说我项羽和八千江东子弟渡江西征，而如今没有一个人生还，纵使江东父老可怜我让我继续做王，我又有何脸面去见他们？纵使他们什么都不说，我项羽心中难道没有愧疚吗？”于是项王对亭长说：“我知道您是一位忠厚长者，我骑的这匹马随我征战五年，所向无敌，也曾日行千里，我不忍心杀它，就把它送给您吧。”于是项王命令骑兵都下马，让他们手持短兵器与追来的汉兵交战。光是项羽一人就杀死汉军几百人。项王的身上也有十几处伤。项王回头看到汉军的骑司马吕马童，对他说：“这不是我的老相识吗？”吕马童这时才与项王打了个照面，于是他指给王翳说：“这个人就是项王。”项王就对他说：“我听说，汉王用黄金千斤、封邑万户的悬赏来要我的脑袋，我就把这个好处给你吧！”说完这些，项王便自刎而死。
项王死后，楚地都投降了汉王，只有鲁县一地不降服。汉王率领军队想要屠灭鲁城，考虑到这些人恪守礼义，愿意为君主守节而不惜一死，于是拿着项王的头给鲁地人看，鲁地人这才投降。当初，楚怀王最先封项羽为鲁公，待到他死后，鲁地人又是最后投降的，所以，用鲁公这一封号的礼仪将项王安葬在谷城。汉王为他发丧，洒泪后方才离去。汉王对项氏宗族的亲属们都不加以杀戮。又封项伯为射阳侯。还有桃侯、平皋侯、玄武侯也都属于项氏，汉王赐他们姓刘。
太史公说：我听周生说“舜可能有两个瞳孔”。又听说项羽也是有两个瞳孔。难道项羽是舜的后代吗？不然他为什么那么突然就兴起了啊！秦朝的政令失误，陈涉首先起来发难，各路豪杰均蜂拥而起，大家你争我夺，争战数不胜数。然而项羽没有权柄可以凭借，他趁着秦末大乱的时机于民间兴起，只用了三年的时间，就率领着齐、赵、韩、魏、燕五国诸侯把秦朝灭掉了，瓜分天下，封王封侯，全都是由项羽发布的政令，他还自号为“霸王”，尽管他没能将权势保持长久，却也是近古以来不曾出现过的人。等到项羽舍弃关中之地，怀念楚国而建都彭城，放逐义帝而自立为王，又埋怨诸侯们背叛自己，这时想成就大事可就艰难了。他自夸战功，逞个人之智，又不肯效法古人，他认为霸王的功业就是要靠武力来征伐诸侯，他治理天下，结果五年的时间里就丢了国家，身死东城，还不觉悟也不自责，这是他错误的地方。而他竟然用“天要亡我，不是用兵的过错”这种话来自我开脱，不是太荒谬吗！