公元前203年8月，楚漢議和，劃鴻溝為邊界，“中分天下”。一個月後，項羽領軍東歸。
劉邦也想回西部去。謀臣張良、陳平勸諫道：“天下三分之二已歸我們所有，目前楚軍糧草不足，士兵疲乏，正是滅項羽的大好時機，豈可養虎遺患。”劉邦突然醒悟：剛訂和約，項羽引兵東撤，一定疏忽麻痹，確實是天賜良機。他火速派人令韓信、彭越同時出兵，自己親率大軍追擊楚軍，合力滅楚。
但是韓信、彭越均未發兵。劉邦孤掌難鳴，於固陵追上項羽，被項羽打得大敗。
劉邦無奈，隻得采用張良的計策：裂地分封。封韓信為齊王，封彭越為梁王。使者一到，韓、彭二人果然領兵前來會師。
公元前202年11月，漢大將劉賈渡淮河入楚地，誘降九江守將，兵圍壽春。韓信西進占彭城，項羽四麵受敵，轉戰南撤，退至垓下（今安徽靈壁南）。劉邦軍緊緊跟來，四麵圍上。
劉邦將會合後的30萬大軍統統交給韓信指揮，韓信布下十麵埋伏，將項羽重重包圍在垓下。但項羽此時尚有十萬兵馬，八千子弟兵，他堅守大營不出戰，韓信一時也無法取勝。
楚軍被困日久，糧食慚漸吃光，隆冬之際寒風凜冽，兵士衣服單薄，饑寒交迫，軍心不穩。
這天晚上，夜深人靜，突然從漢營飄來一片楚歌，且伴有簫聲，甚是淒涼哀怨：“寒夜深冬兮，四野飛霜。天高水固兮，寒雁悲愴。最苦戍邊兮，日夜彷徨……”
項羽聽了，大吃一驚，心想：“漢軍難道已經完全占領了楚地？他們怎會有那麼多的楚人？”
楚歌仍不斷地傳來，聽得清清楚楚：“雖有田園兮，誰與之守？鄰家酒熱兮，誰與之口嚐？白發倚門兮，望穿秋水。稚子憶念兮，淚斷肝腸……”楚軍將士不禁潸然淚下，這悲涼淒苦的歌聲使他們想起了家園，想起了自己的父母與妻兒……
歌聲徹底動搖了項羽的軍心，三三兩兩的楚軍士兵開始逃離楚營，到後來竟整批整批地逃跑，大將季布、鍾離昧等也相繼溜走，連項羽叔父項伯也去投奔張良。眼見敗局已定，誰也不願再在這裏等死了。一夜之間，數萬大軍隻剩一千多人。
項羽無計可施，借酒澆愁，唱起一首悲涼的歌：“力拔山兮氣蓋世，時不利兮騅不逝；騅不逝兮可奈何，虞兮虞兮可奈何？”
虞姬夫人十分悲痛，持劍起舞作歌，歌畢自刎，其兄大將虞子期也引劍自刎，死在妹妹身旁。項羽率八百餘騎突出重圍，又於烏江邊被漢軍追上，項羽自刎而死。
其實，項羽不知，那晚在漢營中唱楚歌的不全是楚地人，乃是張良布置的“攻心奪氣”之計策。張良把在楚地的英布的九江士卒全分散到各營，讓他們教所有的漢軍將士唱楚歌，目的就是瓦解項羽軍心。