公元前208年閏九月，上將軍宋義、次將項羽以及末將範增在率領大軍北上救趙的同時，楚懷王又命令沛公率領另外一批兵馬向西開進，並和各路的將領們約定：誰能先把關中攻下，誰就做關中王。
秦兵在當時的勢力，還是很強大的，多次把起義並打敗，因此楚將中根本沒有人認為先攻下關中是件有利的事。惟有項羽怨恨秦軍擊潰項梁的軍隊，殺死叔父項梁，因而自告奮勇，願與沛公一道西進攻入關中。然而，楚懷王的諸位老將都說：“項羽為人勇猛凶殘，在攻克襄城後屠城，把城中的人都活埋了；他所經過的地方，無不遭到殘殺毀滅。況且楚軍曾多次輕率主動進軍出擊，此前的陳勝、項梁都因此而失敗。不如另派一位寬厚的長者，以正義為號召，率兵西進，向秦地父老講明伐秦的道理。秦地的父老兄弟們苦於秦帝的暴政，已是很久的了。今日如能選得寬厚的長者，不侵暴百姓，關中是可以攻下的。項羽為人凶殘，不可派遣；惟獨沛公向來是位寬厚大度的長者，可派遣他率兵西進入關。”
就這樣，楚懷王終於沒有答應項羽西進入關的請求，而是派沛公向西攻城略地，收納原陳王、項梁部下被擊潰的失散兵卒。
秦二世二年閏九月，沛公率師從碭縣出發，到達成陽（今山東鄄城縣東南），在杠裏（在成陽南麵）與秦軍對壘而陣，擊潰兩支秦軍部隊。楚軍又出兵攻擊秦將王離，也大獲全勝。
秦二世三年二月，沛公領兵西進，在昌邑遇到彭越。彭越助沛公攻打昌邑，未能攻下。沛公領兵繼續西進，彭越沒有跟從，留在當地。後來彭越在楚漢戰爭中歸屬劉邦，戰功卓著。
彭越是昌邑（今山東金鄉縣西北）人，表字仲，曾為盜於巨野澤（又名大野澤，在今山東巨野縣）中，一夥人做強盜。陳勝、吳廣起義後，同夥中的少年對彭越說：“如今眾多豪傑群起叛秦，你可以立起旗號，我們也效法他們舉事。”
“兩龍剛剛相鬥，還是暫且觀看等待一下吧。”彭越答。
一年過後，大澤中相聚的少年已有一百餘人。他們一同來到彭越麵前對他說：“請您做我們的首領。”
“我不想與諸位做這種事。”彭越答。
少年們一再勸說彭越，彭越這才答應。同時，與少年們約定：明日早晨日出時到指定地點集合，不按期到達者斬首。
第二天清晨，有十餘人未能按時到達。最後一名來到時，已是中午。這時，彭越抱歉地對眾人說：“我年紀已大，諸位竭力推舉我做了首領。今日遲到的很多，不可以全都誅殺，隻誅殺最後到達的一位。”說完便下令軍校將那人拉出斬首。這些做慣了強盜的少年，平日鬆散慣了，哪裏見過這種場麵，便不以為然地笑著求情說：“何至於這樣，以後不敢就是了。”
彭越沒有理會眾少年的求請，當即將最後到達的那個人拉出來斬首。然後設立土壇，用那個人頭祭祀，向部下眾人宣讀了軍令。眾人無不大驚，畏懼彭越，都不敢抬頭看他。於是，彭越帶領這夥人攻城略地，收納各路義軍被擊潰的失散士卒。當他這次在昌邑遇到沛公時，手下已聚集幹餘人。
沛公在昌邑與秦軍交戰不利，後退至栗縣（今河南夏邑縣），遇到魏將剛吾侯，將他的軍隊奪了過來，約有四千餘人。兩軍合在一處，與魏國將領皇欣及魏國的申徒武蒲的軍隊聯合攻打昌邑，仍然未能攻下。沛公率軍西進，路過高陽（今河南杞縣西南）。高陽看守城門的吏卒酈食其求見沛公。
酈食其是陳留（今河南開封市東南陳留鎮）高陽（古鄉名，在今河南杞縣西南）人，好讀書，窮困失意，家貧如洗，為糊口度日，做了裏正手下看門的小吏。然而縣中的豪傑都不敢役使他，縣裏的人都稱他為放蕩不羈的狂生。
陳勝、項梁等人起義後，諸將領為攻城略地而路過高陽的有數十人，酈生聽說這些將領都氣量狹小，喜好繁文縟節，自以為是，聽不進大度之言，便躲藏起來。後來聞聽沛公到陳留近郊攻城略地，而沛公部下的一名騎兵恰好是酈生同裏中的青年，當時沛公正時時打聽邑中有哪些賢士豪傑。騎兵回家探親，酈生問青年：“我聽說沛公傲慢而看不起人，但多有深謀大略，這真是我願意結交的人，可是無人替我介紹。你如果見到沛公，就說‘同裏中有一名叫酈生的，年紀六十餘歲，身長8尺，人家都稱他狂生，他自己卻說自己並非是狂生。”’
青年人說：“沛公不喜歡儒學，賓客有戴儒生帽子前來的，他總是取下‘儒冠’往帽子裏撒尿。與客人談話，常常破口大罵。您不可以用儒生的身份前往遊說。”
酈生說：“您隻管照我說的去講。”青年騎士回到部隊後，果然把酈生所囑托的話一五一十地向沛公作了彙報。
沛公到達高陽旅舍，派人召見酈生。酈生到達後，入舍拜見。這時沛公正坐在床上，叉開雙腿讓兩名女子為他洗腳。酈生見沛公如此接待自己，傲慢無禮，也就隻深深地作個揖，沒有下拜，開口說道：“足下是想要幫助秦朝攻打諸侯呢，還是想率領諸侯滅亡秦朝呢？”
“混帳儒生，天下人共苦於暴秦已是很久的了，所以諸侯才相繼攻打秦朝，怎說幫助秦攻打諸侯？”沛公見酈生問得荒唐，便破口大罵。
“如果是一定要聚集徒眾，興義兵誅伐無道暴秦，就不應以無禮的態度接見長者。”
酈生所回敬的這句話，使沛公感到來者出言不凡，知道方才是自己失禮，便馬上停止洗腳，起身提衣請酈生坐在上首，向酈生賠禮道歉。酈生於是向沛公談論起六國縱橫的形勢。沛公聞言很高興，招待酈生吃飯。飯後，沛公問酈生：“當今形勢，應製定怎樣的計策？”
“足下起兵時是未經訓練的烏合之眾，又收納各地散亂的士卒，至今不滿萬人。以這一點點的力量想直接攻入強大的秦朝，這豈不是人們所常說的去以卵擊石嗎？陳留這個地方，是天下要衝，為四通八達的戰略要地。現在城中又有很多積存的糧食，縣令同我的關係很好，請允許我奉您的命令前往遊說，使令他歸屬足下；即或是不聽從，足下也可以發兵攻城，我在城中做內應。”
於是，沛公派酈生前往，率軍緊隨其後，終於降服陳留。沛公封酈食其為廣野君。
酈食其又勸說他弟弟酈商，帶領幾千人跟隨沛公向西南攻城略地，而酈生則作為沛公的說客，經常乘車馬出使於各諸侯之間。
秦二世三年（公元前207年）三月，沛公得到陳留城中秦朝的存糧，又得到酈商的幾千人馬，以酈商為將統率陳留士兵，一道進攻開封城，但未能下。沛公率兵西進，與秦將楊熊交戰於白馬（今河南滑縣東），又交戰於曲遇（今河南中牟縣東）東，大破秦軍。楊熊逃至滎陽（今河南滎陽縣東北），秦二世派使者將楊熊斬首示眾。
同年四月，沛公乘勝南下攻打潁陽（今河南許昌市西南），攻克後屠城。此時，沛公與張良暫別後再度相遇，由於得到張良的協助，占領了韓國的膩轅。觾轅是山名，在今河南偃師縣東南，山路盤旋，形勢險峻，是有名的要隘。
當時，趙國的偏將司馬顤正想要渡過黃河，進攻關中。沛公便北上進攻平陰（今河南孟津縣東北），橫渡河津（指黃河渡口）。南下，在洛陽（今河南洛陽市東北）東與秦軍交戰，不利，又退回陽城。這時，張良帶兵隨從沛公，沛公令韓王韓成守衛陽翟，自己與張良一道南下。從此，張良便一路跟隨沛公，為沛公出謀劃策，直到兵入鹹陽。
同年六月，沛公與秦南陽郡守呂讌交戰於讋（今河南魯山縣東南）東，擊破秦軍，攻占南陽郡的土地，南陽郡守呂蒜敗逃，退守宛（今河南南陽市）城。沛公帶兵繞過宛城向西進發，張良勸諫說：
“沛公雖想急速入關，然而秦兵尚強，拒險抵禦。今日如不攻下宛城，宛城的秦軍從後麵攻擊，強秦又在前麵阻擊，這是很危險的。”
於是，沛公夜間率軍從小路返回，更換旗幟，天亮時將宛城重重包圍起來。南陽郡守呂讌見大勢已去，想要自刎而死，他的親信門客陳恢說：“要尋死還早著呢！”陳恢出城求見沛公，說道：“我聽說足下受楚懷王的約定，先入鹹陽者為關中王。今足下停留在這裏攻城，要知道宛是大郡的都城，連城數十，人民眾，積蓄多，守城的官吏都以為投降後也必定難逃一死，所以都堅守城池。如今足下整日攻城，士卒死傷必定很多；領兵離開宛城，宛城守軍必定隨後追擊。如此，足下前麵會失去先入鹹陽的機會，後麵又有宛軍的憂患。為足下著想，莫如明約投降，封南陽郡守為侯，仍讓他留守南陽，您可以帶領宛城的士兵一道西進。那些尚未降服的城池，聽到這一消息後，一定會爭相打開城門恭候足下。這樣的話，足下一路便可以暢行無阻了。”
“講得好。”沛公在稱道後，以宛城守呂讌為殷侯，封陳恢為幹戶。沛公引兵西進，所過城邑無有不降服的。到達丹水（縣名，在今河南淅川縣西南，丹水北岸），高武侯戚鰓、襄侯王陵也在西陵（今湖北宜昌市西）歸降。回攻胡陽（今河南唐河縣西南），遇到番君吳芮的偏將梅讈，同他們一起降服了析（今河南西峽縣）、酈（今河南南陽市西北）。沛公派魏人寧昌到關中活動，寧昌一時尚未回來。這時，章邯已率秦軍投降項羽了。
就在劉邦與項羽分兵攻打秦兵的時候，秦二世與趙高已把堂堂秦朝搞得七零八落，烏煙瘴氣。秦朝垮台已成定局。秦朝垮台首先敗在內部。當然，這也幫了劉邦等反秦力量的大忙。
秦二世胡亥是昏庸無道的天子，趙高是陰險殘忍的奸臣，這種奇妙的組合，斷送了秦朝的數百年基業。
昏君任用奸臣才更助昏庸，奸臣因為昏君才有存在的市場。
趙高由於二世的寵信，幾乎控製了整個朝廷。
政局動蕩，民聲鼎沸，民變紛起。
趙高自知罪責難逃，他深怕別人利用二世皇帝除掉他。趙高濫殺無辜，樹敵過多，想搞掉趙高的人確實不在少數，隻是趙高地位太重，別人沒有機會罷了。奸詐的趙高決定先下手為強。為了控製朝政，趙高先利用淫樂這一軟刀子將二世皇帝封在深宮。至於如何做到這一點，善玩權術的趙高並不發愁，趙高的腹中幾乎都是歪招邪技。一天趙高走進皇宮，麵見二世。別人見二世是難上加難，趙高見二世就像父親看兒子那樣方便。趙高對二世說：“陛下貴為天子，皇帝可知天子稱貴的原因嗎？”二世聞言，茫然不解，便轉問趙高原因為何？趙高侃侃而談：“天子所以稱貴，無非是高拱九重，隻可叫臣下聞聽聲音，不可讓臣下見到麵孔。”
“始皇帝天天與大臣見麵，群臣不是十分敬畏嗎？”二世越聽越糊塗，便問趙高。
趙高應答道：
“從前先帝在位日久，臣下無不敬畏，所以，即使天天見到臣下，臣下也不敢胡作非為，不敢在皇帝麵前胡亂說話。陛下就不同了，今陛下繼位才兩年，正值年少，怎能經常與群臣議事呢？倘若言語有誤，處置失宜，就會使臣下輕看，這樣，有損陛下的神聖與威嚴。”
“那該如何是好？”二世忙問。
趙高仍不慌不忙，絲絲人扣：
“臣認為天子稱朕，朕字意義，解作朕兆，朕兆便是有聲無形，使人可望而不可近，臣願陛下從今日始，不必再出視朝，可以深居宮禁。有事，小臣報入，陛下從容裁決。大臣們見陛下處事有方，自不敢妄生議論，陛下才不愧聖主了。”
趙高的荒唐邏輯似哄小孩一般，但還是騙得了二世皇帝的認同。
二世聽完趙高的話，十分高興，他早就不想臨朝處事了，還是在宮裏過安逸生活好。二世皇帝早把天下大事拋在腦後。
從此，二世閉門不出，每日與宦官宮女尋歡作樂，所有的天下奏章均委托趙高處理。～秦朝天下幾乎可以改為趙氏天下了，趙高完全控製了二世，把持了朝政。
趙高控製了二世以後，又把目標對準李斯，一心要把李斯置之死地。因為此時能與趙高抗衡的隻是李斯，李斯是開國元勳，地位太高。
又一個陰謀在趙高的心中醞釀。
一天趙高帶著奸笑走訪李斯，拿出一副憂國憂民的神態對李斯說：
“關東群盜如毛，而主上沉於淫樂，征調役夫，大修阿房官，並采辦狗馬等無用之物。”
趙高見李斯皺眉長歎，唏噓不已。接著說：
“我隻是一個勞於宮中的苦役，人微言輕，而您是丞相，你怎能坐視不言呢？難道您就容忍國家亂下去嗎？”趙高說完，佯作焦急狀。李斯說：“不是我不願進諫，實因主上深居宮中，已多日不出視朝，我無法麵奏主上啊！”趙高微微一笑，說：“這不難辦，待我探得主上何時有閑，即報給您，您到時盡可進諫了。”
李斯點頭答應。
其實，李斯中計了。
過了兩天，趙高果然派了一名宦官通知心急如焚的李斯進見二世。
李斯忙穿朝服，匆匆趕至宮門外，求見二世。
此時二世正在美女的陪伴下飲酒，正在興頭上，當然不肯見李斯，並心生不悅，有何要事，敗我酒興。二世不奈煩地說了句：
“快叫他回去，明天再說。”
李斯第二天依命前往，哪知二世早把前言拋於腦後。二世對侍從說：
“他昨天不是來了嗎？今天怎麼又來了，實不知趣，傳旨讓他回去。”
李斯兩次碰壁以後，再也不敢麵見二世了。
這時趙高又派人來打氣，說是主上此刻無事，正好進諫，機會難得。
李斯又信以為真，再次求見二世。結果與前兩次一樣：吃了閉門羹。
李斯自跑了三次倒惹惱了二世皇帝。
趙高見時機成熟，乘機進讒言：
“皇帝詔書，李斯是參與者，李斯認為助二世有功，希望列土封王，但久不得誌，與帶兵的長子李由準備謀反。現在李斯三番五次求見皇上，定有歹意，陛下不可不防。”