，擊破楚軍，這才暫時阻擋住了楚軍的鋒芒，使其不能越滎陽而西。兩軍開始在滎陽一帶對峙。

在此期間，劉邦採納張良的計謀，派軍隊深入項羽的後方，破壞其根據地，使項羽處於前後受敵、窮於招架的境地。遂派韓信開闢北面戰場，消滅燕、趙、代、魏和三齊；派彭越深入項羽腹地，流動作戰，騷擾項羽的運輸線。又大施反間計，說服英布叛楚。英布乃項羽手下猛將，英布降漢，項羽頓失一支可以倚重的偏師，不得不分兵平叛，而削弱了正面戰場的兵力。但項羽畢竟不是一般人物，他首先派兵截斷了漢軍的運糧通道，最終將滎陽的漢軍圍困起來。

在這種情況下，紀信假扮劉邦，乘坐著劉邦的車出東門詐降，結果項羽的大部分軍隊被吸引住，劉邦趁機從西門突圍逃走。項羽沒有抓住劉邦，一氣之下燒死紀信以洩憤。

項羽佔領滎陽後，接著又攻克重鎮成皋（今河南滎陽西北）。劉邦無奈，只好向項羽求和，提出以滎陽為界，滎陽以西歸漢，項羽想答應劉邦，但范增卻不同意，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。

劉邦見范增從中作梗，就採用了陳平的離間計，使項羽逼走了范增。前203年10月，成皋被劉邦收復。劉邦攻佔成皋後，立即進圍滎陽。項羽聽說成皋失守，立即回師。劉邦撤圍後退，兩軍在滎陽東北的廣武山形成對峙。

楚漢雙方對峙了10個月，因為有關中和蜀地的支援，劉邦逐漸佔了上風，而項羽則兵源、糧草不足。劉、項的軍事力量發生了明顯的逆轉。項羽為了使劉邦投降，就將他的父親押到兩軍陣前，揚言要烹食劉翁，以此要挾劉邦，哪知劉邦根本不予理會。一副無賴嘴臉說：我與你曾約為兄弟，我的父親就是你的父親，你要殺你的父親，也請分給我一杯湯喝吧！

劉邦地痞的嘴臉暴露無遺。

當時楚軍的後方，不斷遭到彭越的騷擾，項羽不勝其擾。此時韓信也攻佔了齊地，三分天下的大勢已成。韓信成了劉邦和項羽爭相拉攏的物件。項羽連忙派人去遊說韓信，以三分天下為條件，希望韓信反漢聯楚。

當時，韓信手下的謀士蒯通對他說：“將軍如今既有震主的威名，又挾難賞的大功，楚漢的命運都掌握在你的手中，你偏向哪方，哪方就會取得勝利。但歸楚，楚不信；歸漢，漢王震恐。你不如擁兵自重，誰也不幫，自立為王。讓劉、項內耗，大王只作壁上觀。這樣一來，將來的天下就是你的了。”韓信不聽。

就是在此情況下，項羽急於從滎陽戰場上脫身，最後在辯士侯公的說和下，劉、項約定：以鴻溝（今河南滎陽、###一帶）開界，“中分天下”，東西分治。西邊屬漢，東邊歸楚。項羽送還了劉邦的父親和妻子。

鴻溝之約後，項羽領兵東返，劉邦也想遵約引兵西去。張良、陳平卻進諫說：“漢已據有天下大半，諸侯又歸附，楚已兵疲糧盡，這是天要亡楚，不可錯失良機，養虎遺患啊！”劉邦醒悟，立刻毀約，命令向楚軍追擊。

前202年10月，劉邦在陽夏之南追上項羽。他遣使與韓信、彭越約期會師，合擊項羽。

到了固陵（今河南太康西），韓、彭兩軍卻故意未至，項羽向劉邦發起攻擊，漢軍大敗。劉邦只好攖城固守。

但韓信最終念著劉邦對自己的好，於是遣使修書，給劉邦寫了一封信，說齊地初定，需立王掌政以安民心。所以請求劉邦立他為假齊王（代理齊王）。劉邦看罷來書，勃然大怒。正要發作，一旁的張良踩腳示意，劉邦醒悟，馬上改口：“大丈夫平定諸侯，要封就封個真齊王，當假王幹什麼！”於是，立遣張良封韓信為齊王，彭越為梁王，並徵調他們的部隊攻楚（《史記？淮陰侯列傳》）。

韓信和彭越這才答應立即進兵，剿滅項羽。漢軍會合各路援軍共30萬人，佔據了絕對優勢。到12月，項羽退至垓下，落入了漢軍的重重包圍圈。夜深人靜，漢軍唱起了楚國蒼涼的民謠，使項羽誤以為楚地盡失。項羽就在這“四面楚歌”之中，無法入眠，起身飲酒，陪伴他的是寵姬虞美人，還有一匹名叫“騅”的黑駿馬。這位末路英雄面對絕境，慷慨落淚，即興悲歌：

力拔山兮氣蓋世，時不利兮騅不逝，

騅不逝兮可奈何！虞兮虞兮奈若何！

項羽反覆高歌，虞美人在旁應和，悽慘的情景、失敗的無奈，令一代豪傑潸然淚下。走投無路的項羽，率800騎兵突圍，被漢軍追擊，在拒絕了屬下東渡烏江捲土重來的建議之後，最後在烏江自刎而死，為楚漢戰爭