君吴芮（ｒｕì，税）为衡山王，建都邾（ｚｈū，朱）县。封燕将臧荼为燕王，建都蓟县。把原燕王韩广改封到辽东为辽东王。韩广不听，从臧荼就率军去攻打，在无终把他杀了。项羽又封给成安君陈余河间周围的三个县，让他住在南皮县。封给梅鋗十万户。
四月，各路诸侯在项羽的大将军旗帜下罢兵，回各自的封国去。汉王也前往封国，项羽派了三万士兵随从前往，楚国和诸侯国中因为敬慕而跟随汉王的有几万人，他们从杜县往南进入蚀地的山谷中。军队过去以后，在陡壁上架起的栈道就全部烧掉，为的是防备诸侯或其他强盗偷袭，也是向项羽表示没有东进之意。到达南郑时，部将和士兵有许多人在中途逃跑回去了，士兵们都唱着歌，想东归回乡。韩信劝说汉王道：“项羽封有功的部将，却偏偏让您到南郑去，分明是流放您。部队中的军官、士兵大都是崤（ｘｉáｏ，淆）山以东的人，他们日夜踮起脚跟东望，盼着回归故乡。如果趁着这种心气极高的时候利用他们，可以建大功。如果等到天下平定以后人们都安居乐业了，就再也用不上他们了。不如立即决策，率兵东进，与诸侯争权夺天下。”
项羽出了函谷关，派人让义帝迁都。并对义帝说：“古代帝王拥有纵横各千里的土地，而且一定要居住在江河的上游。”派使者把义帝迁徙到长沙郡的郴（ｃｈēｎ，琛）县，催促他赶快起程，群臣于是渐渐背叛了他，项羽就秘密命令衡山王、临江王去杀义帝，把义帝杀死在江南。项羽怨恨田荣，就封齐将田都为齐王。田荣很生气，就自立为齐王，杀掉田都，反叛楚王；又把将军印授给了彭越，让他在梁地反楚。楚派萧公角去攻打彭越，被彭越打得大败。陈余怨恨项羽不封自己为王，就派夏说（ｙｕè，悦）去游说田荣，向他借兵攻打张耳。齐国给了陈余一些兵力，打败了常山王张耳，张耳逃走归附了汉王。陈余从代地把赵王歇接回赵国，重新立为赵王。赵王因此立陈余为代王。项羽大为恼怒，发兵向北攻打齐国。
八月，汉王采用韩信的计策，顺原路返回关中，袭击雍王章邯。章邯在陈仓迎击汉军，雍王的军队被打败，退兵逃走；在好畤（ｚｈì，制）停下来再战，又被打败，逃到废丘。汉王于是平定了雍地。汉王向东挺进咸阳，率军在废丘包围雍王，并派遣将领们去夺取土地，平定了陇西、北地、上郡。派将军薛欧、王吸带兵出武关，借着王陵兵驻南阳，到沛县去接太公，吕后。楚王听说后，派兵在阳夏阻截，汉军不能前进。楚又封原吴县县令郑昌为韩王，以抵拒汉军。
二年（前205），汉王向东夺取土地，塞王司马欣、翟王董翳、河南王申阳都归降了汉王。韩王昌不肯归降，汉王派韩信打败了他。于是把攻占的土地设置为陇西、北地、上郡、渭南、河上、中地等郡；在关外设置了河南郡。改封韩国的太尉信为韩王。汉王下令各路将领，率领一万人或者献出一郡之地降汉的，封给他一万户。修筑河上郡的要塞。原先秦朝供帝王游玩打猎的园林，都允许人们去耕种。正月，俘虏了雍王的弟弟章平。大赦天下罪犯。
汉王出了武关到达陕县，抚慰关外的父老，回来后，张耳前来求见。汉王对他十分厚待。
二月，下令废除秦的社稷，改立汉的社稷。
三月，汉王从临晋渡黄河，魏王豹带兵跟随着。攻下河内，俘虏了殷王，设置了河内郡。又率军向南渡过平阴津，到达洛阳。新城县一位掌管教化的三老董公拦住了汉王，向他说了义帝被杀的情况。汉王听后，袒露左臂失声大哭。随即下令为义帝发丧，哭吊三天。派使者通告各诸侯说：“天下诸侯共同拥立义帝，称巨事奉。如今项羽在江南放逐并杀害了义帝，这是大逆不道。我亲自为义帝发丧，诸侯也都应该穿白戴素。我将发动关中全部军队，聚集河南、河东、河内三郡的士兵，向南沿长江、汉水而下，我希望与诸侯王一起去打楚国那个杀害义帝的罪人！”
这时候，项羽正在北方攻打齐国，田荣和他在城阳交战。田荣被打败，逃往平原，平原的民众杀了他。齐国各地也都归降楚国。楚军放火焚毁了齐国的城邑，掠走了齐人的子女，齐国人十分愤怒，又反叛楚国了。田荣的弟弟田横立田荣的儿子田广为齐王。齐王已在城阳举兵反楚。项羽虽然听说了汉王已经到东方来了，但因为已经与齐军连续作战多日，就想在打败齐军之后再去迎击汉军。汉王因此得以挟持常山王张耳，河南王申阳、韩王郑昌、魏王魏豹、殷王卬五诸侯的军队，攻入彭城。项羽闻讯，立即率兵离开齐国，从鲁县穿过胡陵到达萧县，跟汉军在彭城灵壁以东的睢水上激战，大败汉军，杀了许多汉兵，睢水因此被阻塞不能畅流。项羽又派人从沛县掳来了汉王的父母妻子、儿女，把他们扣留在军中做人质。当时，诸侯们见楚军强大，汉军被打败，又都背离了汉王而去帮助楚王。塞王司马欣逃入楚国。
吕后的哥哥周吕侯为汉王率兵驻扎在下邑。汉王去投奔他，逐渐聚集士卒，驻扎在砀县。然后率军向西，经过梁地，到达虞县。汉王派使者随何到九江王黥布那里去，说：“您如果能说服黥布发兵反楚，项羽一定会暂停留在那里攻击黥布。只要项羽军停留几个月，我就一定能取得天下。”随何前去游说九江王黥布。黥布果然反楚。楚派龙且前去攻打他。
汉王在彭城兵败向西撤退的时候，途中派人去寻找家室，家室都已逃走，没有找到他们。败退途中只找到了孝惠。六月，立孝惠为太子，大赦罪犯。让太子守卫栎阳，把在吴中的各诸侯的儿子也都集中到栎阳来守卫。接着，引水灌废丘，废丘降汉，章邯自杀。把废丘改名为槐里。于是命令掌管祭祀的祠官祭祀天地、四方、上帝、山川，要按时祭祀。又发动关内的士兵去防守边塞。
这时候，九江王黥布与龙且交战，没打胜，就跟随何一起抄小路而行来归附汉王。汉王又渐渐收集士兵，跟各路将领及吴中军队频频出动，因而队声威大振于荥阳，在京、索之间击败了楚军。
三年（前204），魏王豹请假回乡去探视父母的疾病，一到魏国，就毁绝了黄河的渡口，反汉助楚。汉王派郦食其去劝说魏豹，魏豹不听。汉王就派将军韩信前去攻打，把魏军打得大败，俘虏了魏豹，于是平定了魏地，设置了三个郡：河东郡：太原郡、上党郡。汉王随即命令张耳与韩信率兵进攻取井陉（ｘｉｎｇ，形），攻打赵国，杀了陈余和赵王歇。第二年，封张耳为赵王。
汉王的军队驻扎在荥阳南面，修筑了一条两旁筑墙的甬道，和黄河南岸相连接，以便取用敖仓的粮食。汉王跟项羽互相对峙，持续了一年多。项羽多次侵夺汉甬道，汉军粮食缺乏，项羽于是包围了汉王。汉王请求讲和，条件是把荥阳以西的地方划归汉王。项王不答应。汉王为此而忧虑，就用陈平的计策，给了陈平黄金四万斤，用以离间项羽和范增君巨之间的关系。项羽便对亚父范增产生了怀疑。范增当时是劝项羽务必攻下荥阳，当他遭到项羽猜疑后，非常愤怒，就托辞年老，希望项羽准许他乞身告退回乡为民，结果还没有到彭城就死了。
汉军粮草断绝，就趁夜把二千多名身披铠甲的女子放出东门，楚军从四面追赶围打。这时将军纪信乘坐着汉王的车驾，假扮成汉王的样子诳骗楚军。楚军一起高呼万岁，都到城东去观看，因此汉王才得以带着几十名随从骑兵从城西门出去逃走。出城之前汉王命令御使大夫周苛、魏豹、枞（ｃōｎｇ，聪）公守卫荥阳。那些不能随从汉王出城的将领和士兵，都留在城中，周苛、枞公商量说：“魏豹是已经反叛过的侯国之王，难以和他一起守城。”于是把魏豹杀了。
汉王逃出荥阳进入关中，收集士兵准备再次东进。袁生游说汉王说：“汉与楚在荥阳相持不下好几年，汉军常陷于水利的因境。希望汉王出武关，项羽一定率军南下，那时大王加高壁垒，不出战，让荥阳、成皋一带得以休息。派韩信等去安抚河北赵地，把燕国、齐国连结起来，那时大王再兵进荥阳也不晚。这样，楚军就要多方防备，力量分散，而汉军得到了休整，再跟楚军作战，打败楚军，就确定无疑了。”汉王听从了他的计策，出兵于宛县、叶县之间，与黥布一路行进，一路收集人马。
项羽听说汉王在宛县，果然率军南下。汉王加固壁垒，不跟他交战。这时候，彭越渡过睢水，和项声、薛公在下邳（ｐī，批）交战，彭越大败楚军。于是项羽就率军东进去攻打彭越。汉王同时也就率军北进，驻扎在成皋。项羽打跑了彭越，听说汉王又驻进了成皋，就率军向西，攻下了荥阳，杀死了周苛、枞公、并且俘虏了韩王信，接着包围了成皋。
汉王逃走，只和滕公共乘一车从成皋北面的玉门逃去，往北渡过黄河，驱马跑到夜晚，留宿在修武。他自称是使者，在第二天清晨，冲入张耳，韩信的军营，夺了他们的军权。又派张耳往北到赵地去大量收集兵卒，派韩信东进攻打齐国。汉王取得了韩信的军队，重新振作起来，率军南进临近了黄河，在小修武的南面犒劳部队，想要跟项羽再战，郎中郑忠劝阻汉王，让他加深壕沟，增高壁垒坚守，不要跟楚军作战。汉王听从了他的计谋，派卢绾、刘贾率兵二万人，骑兵数百名，渡过白马津，进入楚地，跟彭越 的军队一起在燕县西面再次打败了楚军； 接着又攻下了梁地的十多座城池。
淮阴侯韩信已受命东进，还没有渡过平原津。这时，汉王却 暗中派郦食其前去游说齐王田广，田广叛楚，与汉和好，共同进攻项羽。韩信见此，本想停止攻齐，蒯（ｋｕǎｉ，快上声）通劝他还是要攻下齐国，于是听了蒯通的主意，袭击并打攻了齐军。齐王用大鼎把郦食其煮死，向东逃到高密。项羽听 说韩信已率河北军攻占了齐国、赵国，将要进攻楚国，就派龙且、周兰前去打韩信。韩信跟他们交战，骑将灌婴出击，大败楚军，杀了龙且。齐王田广奔往彭城。这时候，彭越带兵驻在梁地，往来袭击骚扰楚军，断绝楚军的粮食供给。
四年（前203），项羽对海春侯大司马曹咎说：“你们谨慎地守住成皋。如果汉军挑战，千万不要应战，只要别让他们东进就可以了。我在十五天之内一定能平定梁地，回头再跟将军们会合。”便率兵去攻打陈留、外黄、睢阳，都攻下来了。汉军果然多次向楚军挑战，楚军都不出来，汉军派人辱骂他们，接连五六天，曹咎气愤之极，领兵横渡汜水。士兵刚刚渡这一半，汉军出击，大败楚军，缴获了楚国的全部金玉财物。大司马曹咎、长史司马欣都在汜水上自刎了。项羽到达睢阳，听说海春侯被打败，就率军赶回来。汉军这时把钟离眛（mèi；妹）围困在荥阳东面；项羽到来；汉兵已全部跑到深山险阻地带去了。韩信攻下齐国后。派人去对汉王说：“齐国和楚国临界，我的权力太小，如果不立个代理之王，恐怕不能安定齐地。”汉王想去攻打韩信，留侯张良说：“不如趁此机会立他为齐王，让他自己为自己守住齐地。”于是汉王派张良带着王印到齐国封韩信为齐王。
项羽听说龙且的军队被打败，就害怕了，派盱台人武涉去游说韩信反汉。韩信没有同意。
楚汉两军相持很久，胜负未决，年轻人厌倦了长期的行军作战，老弱者由于运送粮饷疲备不堪。汉王和项羽隔着广武涧对话。项羽要跟汉王单独决一雌雄，汉王则一项一项地列举项羽的罪状说：“当初我和你项羽一同受怀王之命，说定了先入关中者在关中为王，你项羽违背了约定，让我在蜀汉为王，这是你的第一条罪状。你项羽假托怀王之命，杀了卿子冠军宋义，而自任上将军，这是你的第二条罪状，你项羽奉命援救了赵国，本应当回报怀王，而你项羽却擅自劫持诸侯的军队入关，这是你的第三条罪状。怀王当初约定入关后不准烧杀掳掠，你却焚毁秦朝宫室，挖了始皇帝坟墓，私自收取秦地的财物，这是你的第四条罪状。你硬是杀掉已经投降的秦王子婴，这是你的第五条罪状。你采用欺诈手段在新安活埋了二十万秦兵，却封赏他们的降将，这是你的第六条罪状。你项羽把各诸侯的将领都封在好地方，却迁移赶走原来的诸侯王田市、赵歇、韩广等，使得他们的臣下为争王位而反叛，这是你的第七条罪状。你项羽把义帝赶出彭成，自己却在那里建都，又侵夺韩王的地盘，把梁、楚之地并在一起据为已有，这是你的第八条罪状。你项羽派人在江南秘密地杀了义帝，这是你的第九条罪状。你为人臣子却谋杀君主，杀害已经投降之人，你为政不公，不守信约，不容于天下，大逆不道，这是你的第十条罪状。如今我率领义兵和诸侯们来讨你这个残害人的罪人，只让那些受过刑的罪犯就可以掉你项羽，又何必劳累我来跟你挑战呢？”项羽十分恼怒，埋伏好的带机关的箭射中了汉王。汉王伤的是胸部，却按着脚说：“这个强盗射中了我的脚趾！”汉王因受箭伤而病倒了，张良硬是请他起来出去巡行，慰劳部队，以便稳定军心，不让楚军占胜利的威势压过汉军。汉王出去巡视军营，病情加重，立即赶回了成皋。
汉王病愈后，西行入关，来到栎阳，慰问当地父老，摆设酒席，杀了原塞王司马欣，把他的头悬挂在木杆上示众。汉王在栎阳停留了四天，又回到军中，部队驻扎在广武。这时候，关中的军队出关参战的也增多了。
这时候，彭越带兵驻在梁地，往来袭击骚扰楚军，断绝楚军的粮食供给。田横前往梁地依附他。项羽多次攻击彭越等人，齐王韩信又进兵攻打楚军，项羽害怕了，就跟汉王约定，平分天下，鸿沟以西的地方划归汉，鸿沟以东的地方划归楚。项羽送回了汉王的家属，汉军官兵都呼喊万岁，然后项羽回营别去。
项羽罢兵回东方了，汉王也想率军回西方。但汉王采用张良、陈平的计策，乘楚军兵疲粮尽，索性就消灭它，于是进兵追赶项羽，到阳夏南�