秦二世元年（公元前209年）十二月，陳勝被車夫莊賈所殺。次年（公元前208年）六月，項梁知道陳勝確實已死，就在薛縣召集各部將領，立原楚懷王的孫子心為楚懷王（即義帝），定都盱眙（今江蘇盱眙）。這時，秦大將章邯已經攻滅了魏國和齊國。七月，楚軍經過休整，開始向秦國反攻。楚軍連連勝利，項梁被勝利衝昏了頭腦，驕傲起來，別人進諫也聽不進去了。九月，章邯得到秦關中的援兵後，乘項梁不備，突然夜襲定陶，結果楚軍大敗，項梁被殺。擊殺項梁後，章邯認為楚國已不再構成威脅，就渡河進攻趙國。趙王向楚懷王求救。
接到趙國的求援信，楚懷王和眾將商討，決定分兵兩路：一路以宋義為上將軍，項羽為次將，範增為末將，北上救趙；一路以劉邦為將西進關中。最初，楚懷王曾和諸將約定：誰先攻入都城鹹陽，就封誰為關中王。”但這時，由於秦軍強大，許多將領都不願意搶著入關。隻有項羽為了給項梁報仇，要求和劉邦一起入關。楚懷王和老將們考慮：項羽為人剽悍殘酷，不如劉邦寬厚仁慈。所以最終他們沒有同意項羽的要求，還是派了劉邦獨自率軍入關。
經過連番征戰，漢王元年（公元前206年）八月，劉邦攻入武關，向鹹陽逼近。秦相趙高殺死二世，派人向劉邦求和，被劉邦拒絕。九月，秦王子嬰即位，他誅滅趙高，派兵在蟯關（今陝西商縣西北）抵擋劉邦。劉邦率軍繞過蟯關向秦都進攻，在藍田之南打敗秦軍，接著在藍田又大破秦軍。十月，劉邦即進抵鹹陽東郊灞上（今陝西西安東）。秦王子嬰被迫乘坐素車白馬，脖子上係著請罪的帶子，捧著璽印向劉邦投降。秦王朝滅亡。
十月，劉邦進入鹹陽。當時他以“關中王”自居，準備就住在宮中，好好享受一番。樊噲提醒他這將重蹈秦的覆轍，他卻不以為然。張良又進諫說：“秦王朝的統治殘暴無道，所以才能使你進入關中。你想為天下除去殘暴，自己首先就必須以樸素為資。現在剛剛入秦，卻安於享樂，這是所謂的‘助紂為虐’。‘忠言逆耳利於行，良藥苦口利於病’，樊噲講的話雖有些難聽，但為了奪取天下，我希望你還是聽從他的勸告。”這樣，劉邦才聽從了他們的勸告，“乃封秦重寶財物府庫，還軍灞上”。隻有蕭何帶著“秦丞相禦史律令圖書”，回到軍中。
十一月，劉邦召集各縣一些有名望的人士，向他們宣布：“我們這次入關，目的是要推翻秦的暴政。我們不會侵犯你們，不要害怕！‘誹謗者族，偶語者棄市’，你們苦於秦的苛法已經很久。我曾與諸侯約定，先入關者做關中王，我應該做關中王。所以我現在和你們約法三章：殺人者死，傷人及盜抵罪。原來的秦法一律廢除，所有官吏和行政也都保留。”劉邦派人和秦朝原來的官吏一齊到各縣、鄉邑去宣傳。老百姓聽說後非常高興，都紛紛帶著牛羊酒肉來慰問義軍。劉邦辭讓說：“倉庫裏的糧食很多，我不能讓你們破費。”老百姓更加高興，惟恐劉邦不做關中王。
這時，一個謀士向劉邦獻計說：“秦的財富十倍於天下，地形也很險固。現在聽說章邯已經投降項羽，在關中被封為雍王。他們如果來了，你恐怕就不能再做關中王了。你應該趕快派兵守住函穀關，不要讓他們入關。”劉邦認為他的意見很對，於是派兵駐守函穀關。
項羽在救趙消滅秦軍主力後，也率軍向關中進發。漢王元年十二月，他來到函穀關。一見關門緊閉，又聽說劉邦已平定關中，項羽大怒，當即命當陽君英布攻破函穀關，接著率四十萬大軍開到戲下（今陝西臨潼東北戲水西岸）。這時，劉邦的左司馬曹無傷聽說項羽發怒，為了日後求封，就暗中派人向項羽告狀說：“沛公欲稱王關中，讓子嬰做相國，把秦的珍寶都據為已有。”項羽一聽，更是火上加油，加之謀士範增也勸項羽趕快除掉劉邦，因此他下令犒勞士兵，明天一早就向劉邦進攻。劉邦當時隻有十萬人，在兵力上完全處於劣勢。在大難就要臨頭之際，卻來了救星。這個救星就是項羽的叔叔項伯。
項伯和劉邦的謀臣張良交往甚密，張良曾救過他的命。他聽說項羽馬上就要向劉邦進攻，就連夜馳入劉邦軍中，想把張良帶走。張良卻對他說：“沛公有大難，我作為謀臣不能一聲不吭就走，要走也得把這個事情告訴他。”張良告之劉邦，劉邦聽了大驚，要張良趕快考慮對策。張良說：“大王現在應親自去見項伯，說明你不敢背叛項王。”劉邦對項伯以好酒招待，並約為兒女親家，然後說：“我入關後，絲毫不敢有所取，登記吏民，封存府庫，以等待將軍（指項羽）。所以遣將守關，是為防備盜賊和其他意外。我日夜盼望將軍到來，怎麼敢反叛呢！希望您能替我向將軍說明這個情況。”項伯答應了，並對劉邦說：“你明天拂曉定要親自去對項王賠禮。”劉邦答應後，項伯即連夜返回，把劉邦的話告訴了項羽，並勸項羽說：“沛公不先破關中，你能順利入關嗎？人家有大功，不該這樣對待，還是好好相待才是。”項羽表示同意，取消了進攻計劃。