項羽率領四十萬大軍向西進軍，心中的怒火還沒有發泄，他當然不能無功而返。於是隻在鴻門停留了極日，就率領著大軍向西進軍，那鹹陽城的官吏和百姓都給屠殺了，並把已經向劉邦投降的秦王子嬰給殺害了，為了發泄心中的怨恨為項梁報仇，項羽還下令將秦王朝的宮殿群給燒了。這裏麵包括赫赫有名的渭水南岸的阿房宮宮殿群、北接鹹陽宮殿群的北阪區宮殿群以及渭水北岸以成陽為中心的宮殿群。這些宮殿群規模都十分龐大，據說著火之後“火三月不滅”。同時，項羽還掠奪了大量的財寶和美女，才率兵撤走。
當時有人勸說項王：“關中有山河險阻，四麵都是要塞，土地肥沃，可以定都於此，建立霸業。”項王見秦宮室都已被大火燒得殘破不全，一片瓦礫，又心中懷念著東歸，說道：“富貴不回故鄉，猶如衣錦繡而行走於夜間，有誰能看到！”建議項王定都關中的說客聞聽此言，感慨地說道：“人們常說楚國人是猴子戴人帽，辦不成人事，果真如此。”這句話傳至項王耳中，那個說客慘遭被烹死的命運。
項王派人向楚懷王請示，懷王回答說：“按原來的約定辦。”這顯然是使沛公稱王關中。對於楚懷王的指示項羽大怒道：“懷王這個人，不過是我們項家所立而已，沒有討伐暴秦的戰功，憑什麼得以主管約規！那是天下剛剛發難的時候，借著立諸侯的後代為旗號來討伐秦朝。然而，身披堅甲而手執利兵發難、暴露於野外3年、最終滅秦而平定天下的，都是各位將相與我項籍的力量啊！懷王雖無戰功，當然也應當分地稱王。”
項羽這番話的意思，是想要自己首先稱王，然後由他來分封諸將為王。諸將明白項羽的意圖，都一致稱讚他講得好。
漢王劉邦元年（公元前206年）正月，項羽尊奉楚懷王為義帝，說道：“古時的帝王，地方千裏，必須居於江河的上遊。”於是以此為理由，將義帝由彭城遷徙到長江以南，都於郴（今湖南郴縣）。
同年2月，項羽分封天下諸侯。首先，項羽自立為西楚霸王，稱王於原魏、楚故地的9個郡，都於彭城（今江蘇徐州市）。
項羽立沛公為漢王，稱王於巴、蜀、漢中郡，都於南鄭（今陝西漢中市西南鄭縣）。
項羽三分關中土地，以3名秦軍降將為王，來抵拒堵塞漢王北上的通道：
雍王章邯。項羽立章邯為雍王，稱王於鹹陽以西，都於廢丘（今陝西興平縣東南）；
塞王司馬欣。長史司馬欣原為秦櫟陽縣獄吏，曾有恩德於項梁，所以立司馬欣為塞王，稱王於鹹陽以東，抵達黃河，都於櫟陽（今陝西臨潼北）；
翟王董翳。都尉董翳勸章邯投降有功，所以立董翳為翟王，稱王於上郡，都於高奴（今陝西延安市東北）。
西魏王魏豹。項羽為自己取得魏國的故地，封魏王魏豹為西魏王，稱王於河東郡，都於平陽（今山西臨汾市西南）。
河南王申陽。項羽立申陽為河南王。申陽是瑕丘（今山東兗州東北）人，原是張耳的近臣。他首先從秦軍手中攻下河南郡，在黃河邊迎接楚軍，所以被立為河南王，稱王於河南（原秦朝三川郡），都於洛陽（今河南洛陽市東北）。
韓王韓成。韓王韓成仍稱王於韓國故地，都於故都陽翟（今河南禹縣）。
殷王司馬顤。趙將司馬顤平定河內，數次立有戰功，所以立司馬頹為殷王，稱王於河內郡，都於朝歌（今河南淇縣東北）。
代王趙歇。項羽改封趙王趙歇為代王，稱王於代郡，都於代（今蔚縣）。
常山王張耳。張耳是趙王歇的丞相，向來有賢能的名聲，又隨從項羽入關，所以項羽立他為常山王，稱王於趙國故地，都於襄國（今河北邢台市西南）。