渡過漳河後，項羽大軍向北挺進，與秦軍相遇，項羽指揮楚軍把秦軍包圍起來，項羽騎馬掛帥，上陣猛衝猛打。士兵也個個鬥誌昂揚，奮勇爭先，無不以一當十。沙場之上，煙塵蔽日，殺聲震天，直殺得山搖地動，血流成河。就這樣，楚軍勢如破竹，三天裏打了九次勝仗，經過多次交鋒後，終於以少勝多，大敗秦軍。徹底斷絕秦軍甬道，殺死秦將蘇角，俘虜了王離。涉間不願降楚，投火自殺。這就是曆史上有名的“巨鹿之戰”。當時，諸侯之軍救趙者，皆畏秦軍之強，不敢向秦軍進擊。等楚軍向秦軍進擊時，諸侯軍將士都站在壁壘上觀望，當他們看到楚軍勇猛異常，楚軍戰士無不以一當十，喊殺之聲震天動地時，諸侯軍將士人人惶恐，戰栗不已，從此楚軍勇冠諸侯。擊敗秦軍之後，項羽召見諸侯軍將領，他們看到項羽，嚇得連身子都站不穩，頭也不敢抬起來。大家頌揚項羽說：“上將軍的神威真了不起，自古至今沒有第二個。我們情願聽從您的指揮。”從此，項羽威震天下，儼然成為各路反秦軍隊的首領。巨鹿之圍解除後，趙王出城謝諸侯，犒勞將士。
秦章邯軍在巨鹿城南戰敗後，退至棘原。此時秦軍兵力尚有二十多萬，但士氣低落，不堪再戰。項羽和諸侯國之軍駐紮在漳水北岸，休整士卒。秦二世以章邯軍數次戰敗，遣人責備章邯，章邯恐懼，派其長交司馬欣到鹹陽請罪。司馬欣到鹹陽後，在司馬門守候三日，都沒見到趙高，又聽說趙高有疑心，心下驚慌，便從他道逃回章邯軍中。趙高果然派人追但沒有追上。司馬欣回到軍中之後，對章邯說：“趙高用事於中，下無可為者。戰而能勝，趙高必妒忌我們的功勞；戰而不能勝，我等必難逃一死。願您仔細考慮。”陳餘也派人給章邯送信，曆舉秦將白起、蒙恬之死及投降之利害。章邯此時外受強敵壓迫，內受趙高之迫害，狐疑而不能決，便暗中派人去見項羽，想投降，項羽不答應。兩軍相持六個月後，項羽知章邯內心已經動搖，但秦軍尚眾，想乘機徹底擊敗秦軍，便遣蒲將軍先率軍向南日夜急馳，渡過三戶津，屯於漳水南岸，以切斷秦軍南退之路。恰好秦軍一部遲至此地，當即被蒲將軍擊敗。章邯見局勢不利，便率全軍向南撤退，項羽遂引全軍渡河，向南追擊，又大敗秦軍。章邯在連敗之下，又派人見項羽，重申願意投降。項羽因為楚軍糧食所剩不多，便接受了章邯的投降。章邯投降後，項羽立章邯為雍王，置之楚軍之中，然後率全軍向西進入關中。