楚漢戰爭
最初，劉邦並沒有東進和項羽爭雄的打算，但他到了南鄭之後，形勢的變化促使他下決心東進，和項羽爭奪天下。其中一個原因是將士們不服南鄭地方的水土，日夜思念家鄉，士氣低落，二是項羽封在齊國的田榮嫌項羽分封不公，起兵反叛，這給劉邦創造了進兵的絕好機會。正巧此時劉邦得到了大將韓信，蕭何對劉邦說，如果要爭霸天下，非重用韓信不可。韓信被封為大將後，提議立即出兵東進。
公元前206年，劉邦讓蕭何任丞相，負責管理後方巴蜀地區，他親自和韓信領兵從陳倉（現在中國中西部陝西寶雞東）偷渡，迅速占領了關中全部，至此，著名的楚漢戰爭正式爆發。
楚漢戰爭分為兩個階段，前一階段劉邦處於下風，屢次被項羽殺得大敗而歸。後來，劉邦離間了項羽和範增，逐漸占據上風，最後將項羽徹底打敗。
劉邦東進之後，曾經趁項羽和齊、趙交戰之機拿下了河南，攻克洛陽，然後揮師東進，攻下了彭城。原先項羽打算在平定齊和趙後再和劉邦決戰，現在見劉邦攻下了彭城，便領精兵三萬急行軍趕回，趁劉邦設酒宴慶功之機，在清晨發動襲擊，一天之內便將漢軍打敗，在漢軍撤退時，又被項羽追殺消滅了十幾萬人。到了靈壁（現在安徽宿縣西北）東邊的濉水又被項羽追上，又喪失十幾萬軍隊，劉邦的父親和妻子呂後被項羽抓獲。原來跟隨劉邦的其他路諸侯王見劉邦大敗，先後舍他而去。
劉邦退到滎陽之後，得到了蕭何的增援部隊，韓信也收攏被打散的軍隊會合。漢軍又重振旗鼓，在滎陽的南邊打敗了項羽的軍隊，兩軍在滎陽一帶開始對峙。後來，劉邦策反了項羽的大將英布，分化了項羽，也使項羽因為要分兵鎮壓而消弱了兵力。但項羽畢竟不是一般人物，他派兵侵擾漢軍的運糧通道，最終將滎陽的漢軍圍困起來。劉邦無奈，隻好向項羽求和，提出以滎陽為分界線，滎陽以西為漢，項羽想答應劉邦，但範增卻不同意，說現在正是消滅漢軍的好時機，錯過這個機會，放虎歸山，就後患無窮了。項羽於是又開始攻打滎陽。劉邦見範增從中作梗，就采用了陳平的離間計，使項羽逼走了範增。
範增走後，項羽加緊進攻滎陽，劉邦也設法從滎陽突圍。大將紀信自告奮勇，替劉邦向項羽假投降，讓劉邦趁機逃脫。紀信乘坐著劉邦的車出東門詐降，劉邦則從西門出城突圍。紀信果然將項羽的大部分軍隊吸引住，結果項羽沒有抓住劉邦，一氣之下將紀信燒死了。
楚漢雙方對陣了十個多月，因為有關中和蜀地的支援，劉邦逐漸占了上風，而項羽則兵源、糧草不足。項羽和劉邦講和，以鴻溝（現在河南滎陽、中牟和開封一線）為界，東西分治。然後項羽將劉邦的父親和妻子送還。
稱帝建漢遷都長安
公元前202年，劉邦正式稱帝，建立漢朝。開始劉邦將都城定在洛陽。劉邦在洛陽的慶功會上，和眾人總結楚漢戰爭勝敗的經驗教訓。高起和王陵說，劉邦之所以能戰勝項羽，是因為劉邦能與大家同甘苦，共患難，而項羽卻自私自利。劉邦總結自己取勝的原因說：“論運籌帷幄之中，決勝於千裏之外，我不如張良；論撫慰百姓供應糧草，我又不如蕭何；論領兵百萬，決戰沙場，百戰百勝，我不如韓信。可是，我能做到知人善用，發揮他們的才幹，這才是我們取勝的真正原因。至於項羽，他隻有範增一個人可用，但又對他猜疑，這是他最後失敗的原因。”劉邦的總結很準確，戰爭的勝敗，人的因素總是最重要的。
後來，一個叫婁敬的士卒從山東趕來見劉邦，說劉邦得天下和先前的周朝不一樣，所以不應像周朝那樣以洛陽為都城，應該到關中定都，這樣便可以在秦地固守險地，國家才能長治久安。他的意見遭到很多人反對，張良則同意婁敬的建議，他說關中是“金城千裏，天府之國”，退可守，攻可出。劉邦於是將都城遷到了長安。
繼承秦的製度
曆史上有一種通稱，叫“漢承秦製”，即漢朝的規章製度基本上都是繼承秦朝的。不過漢朝的統治政策中將原來秦朝的殘酷刑法和嚴厲的治國思想改變了，用一種清淨無為的黃老思想為治國的指導思想，體現在經濟方麵就是減輕百姓賦稅的負擔。
漢朝的政治製度基本上是秦朝的延續，中央是三公九卿，地方是郡縣製。（有關內容請參考“秦始皇”）除了郡縣製外，還實行分封製，即分封諸侯王到地方建立諸侯國和王國。最初，分封的是異姓王，如韓信等人，到後來隻剩下了長沙王吳芮，其他的王基本被殺。消滅了異姓王，劉邦又封了九個同姓王，都是劉邦的兒子、侄子和兄弟。但後來的事實證明他們也沒有起到好的作用，也發生了叛亂。