秦朝滅亡後，先後起兵的劉邦和項羽基本上控製了全國的局勢，兩股勢力開始混戰。項羽覺得自己的勢力超過劉邦，想由自己來統治天下。他背叛了前約，首先改稱楚王為義帝，徹底剝奪了楚王的權力，接著又在手下將領的支持下著手封王。他封自己為西楚霸王，天下其他王都歸他管轄。為了削弱劉邦的勢力，項羽把當時最偏遠的巴、蜀、漢中一帶封給劉邦，並稱劉邦為漢王。
漢王劉邦前往封地，項羽分給他的三萬士卒跟從他，跟從他的還有楚軍和諸侯軍隊中仰慕漢王的將士。為了迷惑項羽，漢王的軍隊焚燒了東去的棧道，以向項羽表示漢王的軍隊沒有向東進攻的意思。其實，踞守封地的他正在蓄積力量，準備東伐。而這時的項羽因為殺了義帝楚王備受指責，屬下的諸侯互相之間也出現了紛爭。見時機有所成熟，劉邦聽從了韓信的建議，經過原先來漢中的棧道，進攻關中，擊敗了項羽屬下的幾個諸侯國。隨即，劉邦向東進軍，攻城略地，先後讓塞王司馬欣、翟王董翳（yì）、河南王申陽等歸順。韓王鄭昌不服漢王，劉邦便派韓信率兵打敗了他，改韓國太尉信為韓王。各個將領如果是率領了一支萬人軍隊，或以一郡之眾向漢王的軍隊投降的，都封為萬戶侯。民心越來越傾向於劉邦。
劉邦在臨晉縣（在今陝西省大荔縣東）渡過黃河，占領了河內地區，俘虜了殷王。隨後向南又渡過了平陽津，到達了洛陽。洛陽的三老董公攔住劉邦，向他訴說了義帝楚王被殺的經過。劉邦聽畢，袒露著左臂大哭，還為義帝發喪，親自主持了三天的祭奠。民心更加傾向於他了。劉邦派使者向各位諸侯王說：“天下諸侯當時共同擁立了義帝，我們都作為臣子而侍奉他。如今項羽把義帝流放到江南並殺害了他，實在大逆不道。因此，我要發動關內所有軍隊，會集河南、河東、河內三郡的士兵，坐著戰船順著長江、漢水南下，希望和各諸侯王一起征討殺害義帝的人。”
在以後的幾年中，項羽和劉邦兩股勢力征戰不休。由於項羽的實力較強，劉邦不得不經常遭受失敗。直到成皋（ɡāo）（在今河南省滎陽市境內）一戰，項羽大敗，劉邦與項羽便互相講和，劃定了楚漢邊界，它就是鴻溝，鴻溝以西歸劉邦，鴻溝以東歸項羽。在謀士張良、陳平的勸諫下，劉邦抓住項羽的弱點，漸漸擁有了大半個天下的土地。項羽卻顯出強弩之末的頹勢。公元前202年，劉邦率兵在垓（ɡāi）下（在今安徽省靈璧縣東南沱河北岸）把項羽最後一支強兵團團圍住。項羽見大勢已去，不得不敗退。劉邦派騎將灌嬰追趕項羽，並殺死了他。當項羽的首領展示給項羽手下的將士們看，他們才確信項羽已死，便都投降了。項羽埋葬在了穀城。
戰爭已經結束。就在這一年的正月裏，劉邦手下的大臣和將領們聚集在一起，共同請求劉邦登上皇帝寶座，君臨天下。劉邦卻說：“我聽說皇帝的稱號隻有具有賢德的人才能據有，沒有賢德而隻喜歡空談的人，是沒有資格據有的。我不敢擔當帝位。”群臣們便都勸他：“大王從最低微的平民崛起，誅除暴逆，平定四海，對於有功的人就分給土地，封為王侯。大王您如果不接受皇帝的尊號，那麼功臣們對大王的封賞就會懷疑。我們甘願冒死，也要堅持求您接受皇帝的尊號。”劉邦又推辭再三，見實在推辭不去了，才說：“各位如果一致認為我作為皇帝比較有利，那麼為了國家的利益，我就接受這個尊號吧。”就這樣，劉邦在汜（sì）水（在今河南省北部）北岸，登基成為皇帝，史稱漢高祖。