劉邦的疑慮頓消，對陳平倍增好感，並重重地賞賜一番，提升他為護軍中尉，專門監督諸將。從此，陳平一心一意為劉邦“六出奇計”奪取天下，成為西漢安邦定國的著名謀臣。
公元前203年，楚漢戰爭到了最激烈的時刻。劉邦被項羽圍困在滎陽城內達一年之久，並被斷絕了外援和糧草通道。
劉邦向項羽求和，項羽不許，劉邦十分憂慮。這時，陳平獻計，讓劉邦從倉庫中撥出四萬斤黃金，買通楚軍的一些將領，讓這些人散布謠言說：“在項王的部下裏，範亞父和鍾離昧的功勞最大，但卻不能裂土稱王。他們已經和漢王約定好了。共同消滅項羽，分占項羽的國土。”這些話傳到霸王的耳朵裏，使他起了疑心，果然對鍾離昧產生了懷疑，以後有重大的事情也就不再跟鍾離昧商量了。他甚至懷疑範增私通漢王，對他很不客氣。
為了徹底孤立項羽，陳平還要把範增除掉。為此不惜設計嫁禍於範增。有一天，項羽派使者到劉邦營中，陳平讓侍者準備好十分精致的餐具，端進使者房間。使者剛一進屋，就被請到上座，陳平再三問起範增的起居近況，大讚範增，並附耳低聲問：“亞父範增有什麼吩咐？”使者不解地問道：“我們是霸王派來的，不是亞父派來的。”陳平一聽，故作吃驚地說：“我們以為是亞父派來的人呢！”便叫幾名小卒撤去上等酒席，隨後把使者領至另一間簡陋客房，改用粗茶淡飯招待。陳平則滿臉不高興，拂袖而去。使者沒想到會受此羞辱，大為氣憤。
回到楚營後，把情形一五一十地都告訴了項羽，霸王更加確信範增私通漢王了。這時，範增向項羽建議應該加緊攻城，但是項羽卻一反常態．拒不聽從。過了幾天，範增也知道了外麵說他私通漢王的謠言，並且感到項羽已不再信任自己了，於是他就對項羽說：“天下大事已基本定了，希望大王自己好好地幹。我年歲大了，身體又不好，請大王準我回家養老吧！”
項羽十分薄情，竟然毫無挽留之意，同意了他的請求，還派人護送他回家鄉。範增一路走，一路歎氣，吃不下，睡不著，傷心不已。他已經75歲了，哪兒受得了這麼大的委屈？到彭城的時候，氣得背上生了一個毒瘤，就此一病不起，嗚呼哀哉了。項羽手下唯一的一個著名謀臣，竟被陳平略施小計就除掉了。
項羽中了陳平的反間計，氣死了範增，項羽大怒。公元前203年5月，項羽猛攻滎陽，形勢十分危急，陳平就給劉邦獻計：“請大王速寫一封詐降信給霸王，約他在東門相見。霸王一定會把他的大軍布置在東門外，我們再想辦法把他在西、北、南各門的衛士引到東門口來，大王就可以從西門衝出去了。”漢王同意了。不一會兒，陳平領著一個貌似漢王的將軍紀信來見漢王．說把他化裝成漢王的樣子出去詐降，吸引敵人把兵力集中圍住東門，然後漢王就可以從西門突圍了。
次日，天還沒亮，漢軍便開了東門，陳平差遣二千名婦女，一批一批地從東門出去。南、西、北門的楚兵一聽東門外全是美女，便爭先恐後地湧向東門。忽然，有人大喊“漢王來了！”大家抬頭一看，果然是“漢王”坐在車裏，由儀仗隊開道：慢慢地走出東門。一直走到楚營近前，霸王才發現坐車出來的不是漢王。真正的漢王則乘著東門一片混亂，已衝出西門，帶著陳平、張良、樊噲等人殺開一條血路，已向關中方向逃去了。
公元前203年11月，漢軍大將韓信在齊地節節勝利，軍威大振。而劉邦受傷正屯兵在廣武，與楚軍相峙，雙方處於膠著狀態。韓信乘劉邦失利之機，派遣使者來，要求劉邦封他為假王（代理）。劉邦一聽，立即勃然大怒，竟當著韓信使者的麵破口大罵。“我被困在這裏這麼久了，天天盼著他到這兒來助我，如今不但不來相助，反而要自立為王！”剛罵到這裏，忽然覺得自己在桌案下的腳被人踢了一下，一愣，連忙住口。
原來，陳平、張良二人正坐在漢王身邊。二人深知韓信文武全才，又手握重兵，並且遠在三齊，劉邦根本沒有能力阻止他稱王。這件事倘若處置不當，一旦激成兵變，韓信在齊自立為王，與楚、漢成三足鼎立之勢，漢軍便又樹一敵，天下大事誰勝誰敗就更難以預料了。所以，陳平才在桌案下用腳尖踢了劉邦一下；劉邦也很精明，連忙改口說：“大丈夫既平定諸侯，要做就做個真王，何必要做什麼假王！”於是，順水推舟地封韓信為齊王，穩住這支十分重要的力量，避免了漢軍的分裂。多虧陳平踢了劉邦一下，才封韓信為齊王，韓信從此感恩，無論誰再來勸說他，都不忍忘恩背漢，並最終引大軍擊楚，為劉邦統一天下起了決定性作用。
8月，雙方劃定“楚河漢界”。9月，陳平以其謀略家的敏銳洞察力，看到項羽已到了窮途末路了，因此對劉邦說：“現在我們已經占據了大半個天下，而且各路諸侯也都誠心誠意地來依附我們。相反楚軍連年作戰，疲憊不堪，糧食也快吃光了，這正是上天要我們滅掉楚國的大好時機。我們必須乘此機會把楚滅掉。假如您不抓緊時機去攻打它，就會像人們所說的‘養虎遺患’啊！” 劉邦采納了陳平的建議，立即發兵攻打項羽。到公元前202年12月，項羽的軍隊被圍在垓下，漢軍采取“十麵埋伏”之計，擊潰項羽，迫使他退至烏江自刎而亡。陳平設計封韓信為齊王，以借力殺項羽，使劉邦完成了統一天下的大業。至此，結束了將近四年的楚漢戰爭。