沛公出來以後，項王派都尉陳平去召沛公。沛公說：“現在我出來了，還沒有告辭，怎麼辦？”樊噲說：“做大事就不應拘泥小節，講求大禮就不必在意小的責難。如今人家是刀和砧板，我們是人家砧板上的魚肉，還告辭幹什麼？”於是就走了。同時讓張良留下來向項王致謝。張良問道：“大王來時帶了些什麼？”沛公說：“我帶來白璧一雙，想獻給項王；玉鬥一對，想送給亞父。正逢他們生氣，所以不敢獻，請你替我獻上。”張良說：“遵命。”
在這個時候，項羽的軍隊駐紮在鴻門一帶，沛公的軍隊駐紮在霸上，相距四十裏。沛公就放棄了車騎，脫身逃離，他一人騎馬，樊噲、夏侯嬰、靳強、紀信等四個人手持劍、盾跟著徒步行走，從酈山而下，經過芷陽抄小路走。沛公對張良說：“從這條路到我軍營中，不過二十裏罷了。估計我已回到軍中時，你再進去告辭。”
沛公離去後，從小路回到軍中。張良進去辭謝，說：“沛公酒喝多了，不能親自告辭，委派臣下謹奉白璧一雙，再拜獻給大王；玉鬥一雙，再拜送給大將軍。”項王說：“沛公在哪裏？”張良說：“聽說大王有意責怪他的過錯，脫身獨自離去，已經回到軍中了。”項王於是接受了白璧，放在座位上麵。亞父接過玉鬥，扔在地上，拔劍擊碎玉鬥，說：“唉！無知小子不值得跟他同謀大事。奪取項王天下的人，一定是沛公，我們這些人將要成為他的俘虜了。”
沛公回到軍中，立即誅殺曹無傷。
過了幾天，項羽率兵向西在鹹陽大肆屠戮，殺死投降的秦王子嬰，焚燒秦朝的宮室，大火燒了三個月都沒有熄滅。收羅所有的財產寶物和女人向東歸去。有人對項王遊說道：“關中地區有山川阻塞四方，土地肥沃，可以在這裏建都稱霸。”項王看到秦的宮室都被燒得殘破不堪，加上心中思念故土，想要東歸，就說道：“富貴了不回故鄉，就像是穿著錦繡衣裳在夜間行走，有誰知道呢！”遊說的人說：“人們說楚國人像是‘沐猴戴了人的帽子’，果然如此。”項王聽說後，就把這人烹殺了。
項王派人向楚懷王複命。懷王說：“按照盟約行事。”於是尊奉懷王為義帝。
項王想自立為王，於是先封手下的將相們為王。對他們說道：“天下剛開始發難時，假借擁立諸侯的後代來討伐秦朝。然而親自披著堅固的盔甲、手持鋒利的兵器，率先起義反秦，在野外辛苦達三年之久，滅亡秦朝而平定天下，這都是各位將相和我項籍的功勞。義帝雖然沒什麼功勞，但也應當分給他一片土地讓他稱王。”諸將們都說：“好。”於是分封天下，立各位將相為侯王。
項王、範增擔心沛公會據有天下，但既然已經和解，又怕擔上違背盟約的惡名，唯恐諸侯反叛他們，於是暗中商議說：“巴、蜀地區道路險峻，秦國被貶遷移的人都住在蜀地。”就說：“巴、蜀地屬於關中地區。”因而立沛公為漢王，統治巴、蜀、漢中地區，定都南鄭。而把關中分成三部分，封秦朝投降的將領為王，用他們來阻隔漢王。
項王於是立章邯為雍王，統治鹹陽以西地區，定都廢丘。長史司馬欣，以前當過櫟陽獄掾，曾對項梁有恩；都尉董翳，是勸章邯投降楚國的人。因此立司馬欣為塞王，統治鹹陽以東直到黃河的地區，建都櫟陽；立董翳為翟王，統治上郡地區，定都高奴。遷魏王豹為西魏王，統治河東地區，定都平陽。瑕丘人申陽，是張耳的親信家臣，率先攻下河南郡，在黃河邊上迎接楚軍，所以立申陽為河南王，建都洛陽。韓王成仍以從前韓國的都城為都城，定都陽翟。趙國將軍司馬平定河內地區，多次建有功勞，因此立司馬卬為殷王，統治河內地區，定都朝歌。遷趙王歇為代王，趙國的丞相張耳素來賢明，又跟隨楚軍入關，所以立張耳為常山王，統治原先趙國的地區，建都襄國。當陽君黥布擔任楚將，經常擔任楚軍的先鋒，所以立黥布為九江王，定都六城。鄱君吳芮率領百越的軍隊幫助諸侯，又跟隨楚軍入關，因此立吳芮為衡山王，定都邾城。義帝的柱國共敖率兵攻打南郡，多次立功，因此立共敖為臨江王，定都江陵。遷燕王韓廣為遼東王。燕國將領臧荼跟隨楚軍救援趙國，進而又跟隨入關，所以立臧荼為燕王，定都薊城。遷齊王田市為膠東王。齊國將軍田都隨從楚軍共同援趙，繼而又跟隨入關，所以立田都為齊王，定都臨淄。以前秦國所滅亡的齊王建的孫子田安，正當項羽渡過黃河援救趙國時，田安攻下濟北幾座城池，率領他的軍隊投降項羽，因此立田安為濟北王，建都博陽。田榮多次有負於項梁，又不肯率兵跟隨楚軍攻打秦國，因此不封。成安君陳餘放棄將印離去，又不跟隨入關，但一向聽說他很賢明，對趙國有功，聽說他在南皮，因此把南皮周圍的三個縣封給了他。番君的將領梅鋗多次立功，因此封他為十萬戶侯。項王自立為西楚霸王，統治九個郡，在彭城建都。
漢王元年四月，諸侯在戲下罷兵離去，各自到封國就位。
項王出關前往封國，派人遷移義帝，說：“古代帝王擁有千裏疆土，必定居住在水域的上遊。”於是派使者把義帝遷到長沙郴縣，催促義帝上路。他的群臣漸漸有背叛項羽的意向，於是暗中命令衡山王和臨江王在長江中擊殺義帝及其隨從大臣。韓王成沒有軍功，項王不讓他去自己的封國，帶著他一起到彭城，把他廢為諸侯，不久又把他殺掉。臧荼來到封國，接著把韓廣驅往遼東，韓廣不答應，臧荼就在無終擊殺韓廣，兼並了他的封地。
田榮聽說項羽把齊王田市遷到膠東，而立齊將田都為齊王，於是十分憤怒，不肯把齊王送往膠東。進而在齊國反叛，率軍迎擊田都。田都逃往楚國。齊王田市畏懼項王，便逃到膠東接受封國。田榮大怒，追擊齊王，在即墨殺死了他。田榮於是自立為齊王，向西進攻並殺死濟北王田安，兼並了三齊的國土。田榮授給彭越將軍的印璽，命令他在梁地反叛。陳餘暗中派張同、夏說去向齊王田榮遊說道：“項羽身為天下的主宰，做事很不公平。如今把以前的諸王全都封在貧瘠的地方，而把好地方封給他自己的群臣諸將，趕走原來的諸侯王，趙王竟被北遷到代地。我認為這樣做是不可以的。聽說大王您起兵反抗楚軍，而且不聽從不義的行為，希望大王您資助我一部分軍隊，讓我去攻打常山，來恢複趙王原有的封地，我願意用我們的國土作為齊國的屏障。”齊王答應了他，因而派兵前往趙國。陳餘發動所屬三縣的全部兵力，與齊軍合力攻打常山，大敗常山守軍。張耳逃往漢地，陳餘到代地迎接原來的趙王歇，把他送回趙國。趙王因而立陳餘為代王。
這時，漢王回軍平定了三秦地區。
項羽聽說漢王已經全部兼並了關中地區，而且東邊的齊國、趙國也反叛他，因此大為憤怒。於是封原先的吳令鄭昌為韓王，讓他去抵抗漢軍。命令蕭公角等人進攻彭越。彭越擊敗了蕭公角等人。漢王派張良攻取韓地，於是給項羽送信說：“漢王有失職守，隻想得到關中地區，如果能履行原來的盟約讓我做關中王就停止進攻，決不會繼續向東。”又把齊國和梁國反叛的書信送給項王說：“齊國想和趙國聯合起來滅掉楚國。”楚國因此放棄向西攻打漢王的意圖，而是向北攻打齊國。向九江王黥布征調兵員。黥布托病不肯前往，隻派部將率領幾千人前往。項王從此怨恨黥布。
漢王二年冬天，項羽就向北打到城陽，田榮也率軍前來會戰。田榮沒能打勝，逃到平原，平原人把他殺了。於是向北燒毀夷平了齊國的城池房屋，將投降的田榮的兵卒全部活埋，俘獲齊國的老弱婦女。攻打齊國直至北海，所到之處大都被摧殘毀滅，齊國人聚集到一起反叛楚國。此時田榮的弟弟田橫收集齊國散亡的士卒，共得到幾萬人，在城陽反抗楚軍。項王因而停留在城陽，連續交戰，未能攻下城陽。
春天，漢王統率五路諸侯的軍隊，共五十六萬人，向東討伐楚國。項王聽說後，就命令部將繼續攻打齊國，自己親率三萬精兵向南從魯地穿過胡陵。四月，漢軍都已攻進彭城，收取財寶和美女，每天設置酒宴大會賓朋。項王於是向西從蕭地，在清晨向東進攻漢軍，來到彭城，中午時分大敗漢軍。漢軍都逃跑了，相隨掉進穀水、泗水，楚軍殺死漢軍士卒十幾萬人。漢軍的士卒向南逃進山區，楚軍又一直追擊到靈壁東麵的睢水邊上。漢軍退卻，被楚軍擠逼到河邊，許多人被殺死，漢軍十幾萬士卒全部掉進睢水，睢水因此被堵而無法流通。把漢王包圍了三層。此時從西北方向刮起大風，狂風折斷樹木、掀起房屋、揚起沙石，白天刮得天昏地暗，狂風迎麵襲擊楚軍。楚軍大為混亂，包圍圈破散，這樣漢王才得以與幾十個騎兵逃脫離去。漢王想經過沛縣，帶上家室遷往西方。楚國也派人追到沛縣，奪取了漢王的家人。家人全都逃亡，沒能與漢王相見。漢王在路上碰到了孝惠帝和魯元公主，於是把他們載入車中行進。楚國騎兵追擊漢王，漢王危急，把孝惠帝和魯元公主推下車子，滕公每次都下去把他們載上車來。這樣連續三次。滕公說：“雖然情況緊急車跑不快，但怎麼能拋棄他們呢？”這樣終於逃脫。又尋找太公、呂後，沒能遇到。審食其跟隨太公、呂後走小路尋找漢王，反而碰上了楚軍。楚軍於是把他們抓回去，向項王報告，項王經常把他們留置在軍中。
此時呂後的哥哥周呂侯為漢王率領部隊駐紮在下邑，漢王抄小路去投奔他，漸漸收聚起他的士卒。到達滎陽，各路敗軍都來相會。蕭何也發動關中地區的老弱和未成年的男子全都來滎陽助戰，漢軍重新振作。楚軍從彭城出發，不斷乘勝追擊漢軍，與漢軍在滎陽南部的京邑、索邑之間展開大戰，漢軍打敗楚軍，楚軍因此不能越過滎陽向西進攻。
項王救援彭城，追擊漢王到滎陽。田橫也得以收複齊國，立田榮的兒子田廣為齊王。漢王在彭城失敗後，諸侯都重新歸順楚國而背叛漢王。漢軍駐紮在滎陽，修築甬道一直連到黃河岸邊，以便獲取敖倉的糧食。
漢王三年，項王多次侵奪漢軍甬道，漢王軍糧短缺，十分恐慌，請求跟楚國講和，割取滎陽以西地區作為漢國的封土。項羽打算答應和解。曆陽侯範增說：“漢軍很容易打敗，如今放過他們而不予以消滅，以後肯定要後悔的。”項王於是和範增加緊圍攻滎陽。漢王對此十分憂慮，就用陳平的計策來離間項王。項王的使者到來後，漢王置辦了有豬、牛、羊在內的豐盛筵席，端過來準備進獻時，看到使者，假裝驚愕地說：“我以為是亞父的使者，怎麼反而是項王的使者。”馬上端走更換，用粗劣的飯食招待項王的使者。使者回去報告項王，項王於是懷疑範增和漢王暗中勾搭，逐漸削奪了他的權力。範增大怒，說：“天下事大局已定，君王您自己去治理吧。希望您批準我退休，讓我回鄉為民。”項王答應了他的請求。還沒到達彭城，範增就發背瘡死了。
漢將紀信勸漢王說：“事情已經很危急了，請讓我假扮大王您去蒙騙楚軍，大王可以趁機出城。”於是漢王在夜裏從滎陽東門放出二千名披甲的女子，楚軍從四麵圍攻她們。紀信乘坐著漢王的黃屋車，車的左首裝飾著羽毛，說：“城中糧食已盡，漢王請求投降。”楚軍聽了都高呼萬歲。漢王也與幾十名騎兵從滎陽城西門出城，逃往成皋，項王見到紀信，問道：“漢王在哪裏？”紀信說：“漢王已經出城了。”項王於是燒死了紀信。
漢王派禦史大夫周苛、樅公、魏豹守衛滎陽。周苛與樅公商議說：“魏豹反複無常，我們很難跟他一起守城。”於是一起殺了魏豹。楚軍攻下滎陽城，生擒周苛。項王對周苛說：“你做我的將領，我任命你為上將軍，封你為三萬戶侯。”周苛罵道：“你還不趕快向漢王投降，漢王會把你捉住的，你不是漢王的對手。”項王大怒，烹殺了周苛，又將樅公一並殺死。
漢王逃出滎陽，向南逃到宛縣、葉縣，得到了九江王黥布的幫助，一路上收聚散亡的漢兵，重又進入成皋防守。
漢王四年，項王進兵包圍成皋。漢王逃走，隻與滕公從成皋北門出城，渡過黃河逃往修武，來到張耳、韓信的軍中。諸將也陸續逃出成皋，追隨漢王。楚軍於是攻克成皋。楚軍想向西進攻，漢王派兵到鞏縣阻擊楚軍，使他們無法西進。這時候，彭越渡過黃河，在東阿攻擊楚軍，殺死楚國將軍薛公。項王於是親自東進攻擊彭越的軍隊。
漢王得到了淮陰侯的軍隊，準備渡過黃河向南。鄭忠勸說漢王，這才作罷，堅守河內。派劉賈率兵幫助彭越，焚燒了楚國積聚的物資。項王向東打敗了劉賈，趕走了彭越。漢王就率軍渡過黃河，重新收複成皋。在廣武駐紮軍隊，取敖倉的糧食供應軍隊。
項王平定東海後又向西進兵，和漢軍都在廣武駐紮，兩軍相持了好幾個月。
在這個時候，彭越多次在梁地反叛，截斷楚國的糧食供應。項王對此十分憂慮，於是製造了一個很高的砧板，把太公放在上麵，告訴漢王說：“如今你要是不趕快投降，我就把太公煮了。”漢王說：“我和項羽一起北麵受命於楚懷王，說相約結為兄弟，我的父親就是你的父親。如果你一定要烹殺你的父親，就請你也分給我一杯肉湯。”項王大怒，要殺死太公。項伯說：“天下事還不可預料，再說爭奪天下的人不會顧及家人，即使殺了太公也沒什麼用，隻會增加災禍。”項王聽從了他的意見。
楚、漢兩軍相持了很長時間還沒有決出勝負，壯年男子苦於常年征戰，老弱之人疲於水陸運輸。項王對漢王說：“天下好幾年不得安寧的原因，隻因我們兩人罷了，希望與漢王挑戰決一雌雄，不要讓天下的百姓父子們白白受苦。”漢王笑著推辭說：“我寧願鬥智，不願意鬥力。”項王命令壯士出陣挑戰。漢軍中有位擅長騎射的人名叫樓煩，楚軍挑戰了好幾個回合，樓煩全都把他們射死了。項王大怒，便親自披上盔甲、手持大戟挑戰。樓煩想射項王，項王瞪著眼睛大聲叱責，樓煩不敢正視項王，手中不敢放箭，就逃回了營壘，再也不敢出來。漢王派人私下打聽，才知道是項王。漢王大驚。於是項王就靠近漢王在廣武的兩軍陣前對話。漢王數落項王，項王大怒，想跟漢王決一死戰。漢王不答應，項王暗伏弓箭手射中了漢王。漢王受傷，逃進成皋。
項王聽說淮陰侯已經攻下河北，打敗了齊國和趙國，而且準備進攻楚國，於是派遣龍且前去迎擊。淮陰侯與龍且作戰，騎將灌嬰進擊，大破楚軍，殺死了龍且。韓信因而自立為齊王。項王聽說龍且兵敗，便很驚恐，派盱台人武涉前去遊說淮陰侯。淮陰侯不聽。此時，彭越再次反叛，攻下梁地，斷絕了楚國的軍糧。項王於是對海春侯大司馬曹咎等人說：“謹慎地守住成皋，即使漢軍想挑戰，千萬不要跟他們作戰，隻要不讓漢軍東進就行了。我十五天之內一定要誅殺彭越，平定梁地，再回來跟將軍們會合。”於是向東進軍攻打外黃和陳留。
外黃攻打不下。過了幾天，守軍已經投降，項王憤怒，命令城中年齡在十五歲以上的男子全部到城東去，準備活埋他們。外黃縣令舍人的兒子才十三歲，前去勸說項王道：“彭越強行劫持外黃人，外黃人很害怕，所以才暫時向他投降，期待著大王的到來。大王來了，又要把他們全部活埋，這樣老百姓怎麼會歸附您呢？從這裏向東，梁地的十多座城池都會害怕，再也沒人肯投降您了。”項王認為他說得不錯，於是赦免了那些本當活埋的外黃人。向東直到睢陽，聽說此事的人全都爭著歸附項王。
漢軍果然多次向楚軍挑戰，楚軍堅守不出。漢王派人連續五六天侮辱楚軍，大司馬被激怒，率軍渡過汜水。士卒剛渡到一半時，漢軍發起進攻，大敗楚軍，盡數爭奪了楚國的財物。大司馬曹咎、長史董翳、塞王司馬欣都在汜水岸邊自殺。大司馬曹咎，原來是蘄縣的獄掾，長史司馬欣也是以前的櫟陽獄吏，兩人都曾有德於項梁，所以項王很信任他們。此時項王正在睢陽，聽說海春侯兵敗，就率兵回還。漢軍正在滎陽東麵圍攻鍾離昧，項王到後，漢軍畏懼楚軍，全都逃進了險峻的山中。