楚汉之争，又名楚汉战争、楚汉争霸、楚汉相争、楚汉之战等，即汉元年（公元前206年）八月至汉五年十二月（公元前202年1月），西楚霸王项羽、汉王刘邦两大集团为争夺政权而进行的一场大规模战争。最终，楚汉之争以项羽的西楚败亡，刘邦建汉朝而告终。
秦始皇三十七年（公元前210年），秦始皇于沙丘（今河北广宗西北）病逝，中车府令赵高等人发动沙丘政变，矫诏将长子扶苏、大将蒙恬赐死，立少子胡亥为二世皇帝。秦二世昏庸荒淫，赵高又专权乱政，赋敛益重，戍徭无已，致使天下越发困疲，百姓苦不堪言。帝国每况愈下，十年暴政最终引发了秦末农民大起义。
秦二世元年（公元前209年）七月，陈胜、吴广首先发动大泽乡起义，建立“张楚”政权，陈胜自称楚王，一时间天下群雄纷纷响应。九月，前楚国大将项燕之后项梁、项羽叔侄发动会稽起义，项梁自号武信君；同月，原泗水亭长刘邦亦于沛县（今江苏徐州沛县）起兵响应，称沛公。
陈胜、吴广农民起义失败后，秦二世二年（公元前208年）二月，项梁召集楚地各路义军首领于薛县（今山东枣庄滕州）议事，刘邦亦率部归附项梁。是时，燕、赵、齐、魏兼已自立为王，项梁于是采纳范增建议，拥立前楚怀王孙熊心为王，仍号“楚怀王”，都盱台（今江苏盱眙）。八月，秦军最高统帅、上将军章邯在攻杀反秦武装首领魏王咎和齐王田儋后，与项梁展开了定陶之战，项梁因轻敌而战死，章邯于是认为楚地已不足忧，遂领兵北上攻打赵国，围赵王歇于巨鹿（今河北平乡西南平乡镇），赵王遂求救于诸侯。
章邯破项梁军，楚国上下十分震恐。刘邦、项羽弃陈留，率军东归。秦二世三年十月（公元前207年10-11月，当时十月为岁首），楚怀王迁都彭城（今江苏徐州）；并项羽吕臣军自将，以吕臣父吕青为上柱国，封沛公刘邦为武安侯，任砀郡长，领砀郡兵；封项羽为长安侯，号为鲁公。
接着，楚分兵两路，一路北上救赵，一路西进伐秦。以宋义为上将军，号“卿子冠军”，项羽为次将，范增为末将，北上救赵；刘邦则收项梁、陈胜散军，并以此为基础西行伐秦。怀王与诸将约：“先入定关中者王之”。
刘邦西征前，先行北上收陈楚散卒，先后攻取了洛阳周边一些地区，企图夺取洛阳，经函谷关入关中，后被洛阳一带秦军出城迎击，大败南逃，在得到郦食其为代表的地方豪强支持后，改变策略，转走武关道入关中，经过几个月的转战，于汉元年十月（公元前207年10月-11月）进至咸阳郊外，于蓝田大破秦军，秦王子婴向刘邦投降。秦朝灭亡。刘邦入咸阳，尽除秦苛法，与关中父老约法三章。
秦二世三年十二月（公元前208年12月-前207年1月），项羽杀宋义，夺其军权，率军北上救赵，在巨鹿之战中大破王离北方边军主力，之后再连破秦军，最终秦将章邯投降。项羽为“诸侯上将军”，于汉元年十二月（公元前207年12月-前206年1月）率诸侯军进入关，与刘邦会于鸿门，这就是历史上有名的鸿门宴。鸿门宴后，项羽屠咸阳，杀秦王子婴，焚秦宫室，劫掠关中。
平定关中后，项羽上书义帝请封功臣，怀王回复“如约”。项羽大怒，不遵义帝之命，自主分封。汉元年（公元前206年）二月，项羽尊楚怀王为义帝，立十八路诸侯，自号“西楚霸王”，定都彭城。刘邦则被封为汉王，将巴、蜀、汉中分给刘邦；又将关中地区分为三部，封秦降将章邯、司马欣、董翳分别为雍王、塞王、翟王，合称“三秦”，企图通过他们控制关中，将刘邦困锁在巴、蜀、汉中地区。
刘邦被改封到汉中，初不欲就国，谋攻项羽，萧何进言曰：“汉水上应天汉。汉中，据有形胜，进可攻退可守，秦以之有天下”。
刘邦于是采纳萧何建议，屈就汉王封号，招贤纳士以图天下，同时确定了收用巴（郡治江州，今重庆市北嘉陵江北岸）、蜀（郡治成都，今四川成都），还定三秦，东向以争天下的方略。
汉元年（公元前206年）四月，刘邦忍忿前往汉中（郡治南郑，今汉中市城东）就国，而张良亦回韩国就任韩相。刘邦去汉途中烧毁所过栈道，防止诸侯军偷袭，并借此表示无东向之意，以麻痹项羽。项羽亦于同时班师彭城。
韩信亦在此时背楚投靠刘邦，但没有知名，仅任连敖，后坐法当斩为滕公夏侯婴所救。夏侯婴与语知其有才能，向刘邦推荐韩信，刘邦拜韩信为治粟都尉。韩信对不能受到重用而欲离去，于是发生萧何月下追韩信故事。萧何再次向刘邦推荐韩信，刘邦拜韩信为大将军。
项羽以韩王（韩成）灭秦无功为借口，不让他就国而带他到彭城，废为侯爵，又把他杀了，立吴县县令郑昌为韩王。 原燕王韩广不愿徙往辽东，新燕王臧荼攻杀之于无终，并其国。
汉元年（公元前206年）五月，齐相田荣不满项羽分封，攻打临淄王田都，田都逃到楚国，田市本被项羽封为胶东王，田荣却立田市为齐王，不让他去胶东就国，田市畏惧项羽，前往胶东就国，田荣对这个不争气的侄子大怒，派人追杀田市于即墨，又回军攻杀济北王田安。这样田荣击并三齐，遂自立为齐王，并予彭越将军印，令其击楚。项羽派萧公角攻打彭越，被彭越打得大败。
汉二年十一月（公元前206年），赵将陈馀因不满项羽分封，派夏说游说田荣，从齐王田荣处借兵，与自己三县之兵一起攻常山王张耳，张耳败走归汉。陈馀重迎立代王赵歇为赵王，赵王感激陈余，立陈馀为代王，陈馀以赵歇弱小，不去代国，以夏说为相国，驻守代地，自己留在赵歇身边，辅佐赵王。
同月，项羽密令九江王英布遣将杀害义帝于郴县。
在齐地田荣兼并三齐之时，刘邦在汉中也为攻袭三秦做准备。刘邦入汉中，项羽给予刘邦三万士兵。刘邦依张良计，入南郑时烧毁栈道，以防被偷袭和向项羽示意无外侵的意愿。
汉元年（公元前206年）八月，刘邦用韩信的计谋，结果受阻于陈仓，雍王章邯的军队在渭上堵截，刘邦打算回汉中，赵衍提议从其他道路走，结果走通，刘邦又在好畴击溃章邯，最后围困章邯于废丘。同月，塞王司马欣、翟王董翳被迫向汉王刘邦投降。之后几个月，刘邦遣将攻取陇西、北地、上郡。这样，三秦除章邯困守的废丘之外全部归汉。
而此时因项羽杀韩王成，张良走小路归汉，派人给项羽送信，称“汉欲得关中，如约即至，不敢复东”。项羽因此对刘邦放心，而北击齐国。
刘邦略取关中之际，于九月命令薛欧、王吸出武关，与王陵联合，将刘太公和吕后等家属从沛接回来。十月，汉王拜韩王信为韩国太尉，令其循韩地，并许之若定韩地则拜其为韩王。
韩王信攻下韩地十余城，项羽所立之韩王郑昌降，汉二年十一月（公元前206年），汉立韩王信为韩王。
汉二年十月（前206年），汉王刘邦进至陕（今河南陕县）。在汉基本平定关中之后，开始准备东进了。
汉二年（公元前205年）正月，项羽闻知刘邦已兼并三秦，且准备东进伐楚，而赵国、齐国、梁地都已反叛，项羽以齐国与梁最近，威胁最大，北上攻打齐国，项羽派使者向英布征其一同前往，但英布仅以老弱敷衍，项羽对此深为不满，几次遣使斥责。
田荣得知项羽击齐，率军迎击，被项羽打败。逃至平原，平原民杀了田荣，投降项羽，项羽立田假为齐王。但项羽采取错误政策，不仅不予召抚，反而怒田荣反，迁怒齐人，大肆屠杀，所过残灭，于是齐人纷纷复叛，项羽奔走于齐地，但远不能扑灭齐地战火。
田荣弟田横驱逐田假，立田荣的儿子田广为齐王，自领齐相，收集齐国败兵，在城阳（今山东莒县）反抗项羽，项羽一时没能攻下城阳。
此时，刘邦正在向东进军，魏王魏豹、殷王司马卬相继降汉，项羽封陈平为武信君，令其平定殷国，于是司马卬又降楚，过了没多久，汉王刘邦攻打殷王，平定殷地，俘虏了司马卬，项羽得知大怒，要诛杀平定殷国的将吏，陈平很害怕，于是来投汉王刘邦。
汉二年（公元前205年）四月，刘邦进至洛阳，接受董公“兵出无名，事故不成”、“明其为贼，敌乃可服”的建议，以项羽杀害义帝为口实，为义帝报仇讨逆为政治号召，令三军发丧，缟素三日，发檄文布告全国：“天下共立义帝，北面事之。今项羽放杀义帝于江南，大逆无道。寡人亲为发丧，诸侯皆缟素。悉发关内兵，愿从诸侯王击楚之杀义帝者”
联络各地诸侯王，趁项羽滞留在齐国之际，纠集塞、翟、魏、赵、殷五国诸侯联军56万，兵分两路攻楚，北路由曹参、灌婴统率，进攻定陶，击败龙且、项它。南路为刘邦亲自统率，部将为张良、陈平、韩信、吕泽、张耳、夏侯婴、樊哙以及五诸侯军，至外黄，击败楚将程处、王武，彭越率三万人归附刘邦，刘邦封彭越为魏相国，攻打梁地，派樊哙北上攻打邹县、鲁县、薛县、瑕丘，以阻止项羽从齐国南下，向东攻打下邑、派吕泽驻守，下邑在萧县西面不远，萧县在彭城西面不远，项羽南下救援彭城必经萧县，这样，如果项羽回援彭城，吕泽可以与刘邦东西两面夹击项羽。与北路军曹参、灌婴会合，进攻砀县、萧县，攻取彭城。
项羽得知后，留众部将继续击齐，自率精兵3万疾驰南下，先击败驻守在鲁县的樊哙，当时刘邦等众诸侯已入彭城，收其货宝美人，置酒高会。项羽乘刘邦陶醉于胜利，戒备松懈之际，率军绕至彭城西，于清晨时发动突然袭击，驻守在下邑的汉将吕泽没来得及作出反应，刘邦不得不撤出彭城，楚军于是大败汉军，汉军往泗水方向溃逃，楚军紧追不舍，杀汉军十余万人，一直追击至灵壁（今安徽灵璧县）东濉水，汉军相互拥挤、践踏，加上楚军追杀，汉军十余万人皆入濉水，濉水为之不流。此役，汉军被歼数十万。刘邦急率残部先在砀县整顿，然后向西与吕泽会合。
诸侯见刘邦败，转投项羽，塞王司马欣和翟王董翳入楚为将。赵国发现汉并没有杀张耳，赵兵退去反与汉为敌，魏王魏豹回到荥阳，断绝了黄河渡口，也背叛了刘邦，只有彭越独自带领他的军队向北驻守在黄河沿岸。
项羽虽取得彭城之战胜利，但齐地战事却不利。在其率军击诸侯联军时，田横尽收齐地。但田横复国后并未攻楚，而是中立于楚汉之间，直至郦食其说齐。
刘邦到下邑，父亲刘太公、母亲刘媪和妻子吕雉被楚军俘获，被拿住做人质，刘邦派人去沛县寻找家室。张良向刘邦规划下一步对策。张良说：“九江王黥布，楚枭将，与项王有隙；彭越与齐王田荣反梁地：此两人可急使。而汉王之将独信可属大事，当一面。即欲捐之，捐之此三人，则楚可破也。”刘邦采纳张良建议。谋士随何自荐往说九江王英布，刘邦来到荥阳，与曹参、灌婴、靳歙平定雍丘王武的叛乱，程处在燕县反叛，楚柱天侯在衍氏反叛，羽婴在昆阳反叛，都被曹参平定，樊哙重新取得鲁地与梁地。
汉二年（公元前205年）六月，刘邦回到关中，汉军水攻废丘，雍王章邯在抵抗了十个月兵败自杀，至此三秦悉为汉有。刘邦收关中士卒回到荥阳。
随何劝降九江王英布，英布叛楚，项羽派龙且、项声攻打英布。项羽亲自进攻下邑，继续向西进攻，至荥阳，刘邦拜灌婴为中大夫，统率骑兵，在荥阳以东大败项羽，又在于“京县”（今河南郑州荥阳豫龙镇京襄城村附近）、“索亭”（今河南荥阳索河街道）之间击败楚军，将项羽楚军击退到荥阳以东。
京索之战后，汉军稳住阵脚，楚军也无力突破汉军防线进攻关中。双方从来开始在荥、成一带拉锯，战争进入相持阶段。
京索之战，汉军击败楚军，项羽退回荥阳以东，而汉军亦不能过荥而往东。楚汉相持于荥阳。刘邦派郦食其劝说魏王魏豹重新归汉，遭到魏豹的拒绝，汉二年八月，刘邦派曹参、韩信兵分两路攻打魏国，即月攻破安邑，曹参俘虏了魏豹，将魏豹带至荥阳。汉二年九月，刘邦派陈豨、韩信、曹参攻打代国，后九月，平定代国，斩杀代相国夏说。
汉三年十月（公元前205年），刘邦派原常山王张耳收复赵国故地，韩信与张耳一同前往，陈兵井陉，赵王因代地已失，又闻汉军攻打井陉关，集结赵军主力至赵国北部抵挡汉军的进攻，此时刘邦趁赵国南部空虚，离开荥阳，北渡黄河，攻克河内，从南面进攻赵国，接着攻克了朝歌（今淇县）、安阳（今安阳南）、邯郸（今属河北），当邯郸失陷，在井陉与汉军对峙的赵军主力进退两难，张耳与韩信在井陉大败赵军，赵将戚将军逃跑至邬县（今山西省介休县），被曹参斩杀。赵王歇逃到襄国，张耳与韩信追击，刘邦亦从邯郸北上攻打襄国，汉军南北夹击，攻破襄国，杀掉了赵王歇。项羽遣骑兵渡河争夺赵地，被汉军击退。燕王臧荼降汉。
汉三年十二月（公元前205年），韩信与张耳留下在赵国继续作战，刘邦返回荥阳。此前英布被随何策反，项羽派龙且攻打英布，英布战败，与随何回到了荥阳。刘邦召见英布，派英布重返九江，收聚数千人归汉，刘邦也离开荥阳，从成皋南下，到宛县（今河南南阳）、叶县一带迎接英布，给英布增兵，一起回到成皋。
刘邦据守荥阳，开始修筑甬道，由敖仓运输粮食至荥阳。与项羽对峙，双方进入相持状态。
项羽率军数次攻夺甬道，汉军粮食短缺，于是刘邦向项羽要求和议，荥阳以西归汉，以东归楚。项羽打算接受，范增认为优势在握，如果放虎归山，必成后患。所以项羽率军加紧围攻荥阳城。刘邦认为范增是个大碍，所以给予陈平四万斤黄金，要他去离间项羽和范增的君臣关系。项羽中计，削其兵权，范增大怒而告老回乡，于途中病故。
为了打破荥阳对峙的僵局，刘邦派靳歙与灌婴攻打楚军的粮道。靳歙切断了楚军从荥阳至襄邑的粮道，灌婴切断了楚军阳武至襄邑的粮道，命令靳歙与灌婴离开荥阳，越过梁地，与彭越联合，攻打楚国后方的鲁县（今山东曲阜），鲁县与齐国交界，又与彭越毗邻，是楚国的北部门户，战略意义重大。
由于调走了灌婴与靳歙两支汉军精锐，刘邦在荥阳与项羽艰难对峙。汉三年（公元前204年）六月，韩信与张耳已平定赵国的反抗余波，南下至河内修武，接应刘邦。七月，刘邦令御史大夫周苛、枞公、魏豹等人守荥阳，离开荥阳北渡黄河，来到修武，命令张耳镇守赵国，拜韩信为相国，韩信请封张耳为赵王，刘邦同意。
刘邦调集原属韩信与张耳的军队，打算回到荥阳支援前线作战。此时项羽以荥阳发起猛烈进攻，周苛等人死守荥阳，八月，周苛以魏豹是反复无常之人，难与一起守城，于是杀了魏豹，周苛不能抵挡项羽的进攻，当月荥阳被攻陷，周苛宁死不降楚，被项羽所杀，韩王信被项羽俘虏。刘邦欲回到荥阳与项羽交战，郑忠劝谏刘邦，避开项羽的锋芒，驻扎在河内小修武，不与项羽交战，刘邦采纳。
此时，灌婴与靳歙在鲁县打败了项冠，得知荥阳已失，靳歙南下攻打楚国腹地以牵制项羽，灌婴率骑兵返回前线增援，在燕县（今河南延津东北）打败楚将王武，又在白马津打败楚将桓婴，过白马津渡黄河，到达河内与刘邦会合，护送汉王刘邦南渡黄河回到洛阳，此时项羽又攻破了成皋，到达洛阳附近的巩县，双方在巩县交战，楚军大败，不能继续西进。
刘邦在巩县遏制了楚军的攻势后，乘胜追击，意图夺回成皋，楚军坚持皋险要，汉军攻之不下，刘邦打算放弃进攻成皋，退守巩县与洛阳。谋士郦食其劝阻刘邦，不要退却，并向刘邦说明敖仓的重要性，放弃成皋与荥阳就意味着放弃敖仓。此时楚军后方受到靳歙的牵制，不能全力攻打敖仓，劝刘邦务必加紧进攻成皋，收复荥阳，坚守敖仓。并自请出使齐，劝说齐王田广降汉。
刘邦非常赞同郦食其的建议，让他出使齐国，同时派遣灌婴往邯郸调回一部分韩信镇守赵地之军回到前线，坚守敖仓，并以灌婴接任周苛的御史大夫之职。
郦食其不辱使命，以三寸之舌成功劝说齐王归降。齐王同意归降于汉，撤去历城的守军，示无反意，并与郦食其纵酒庆祝。
靳歙在鲁县打败项冠后，攻打楚国的腹地，此时攻克了缯县（今属山东苍山县）、郯县、下邳（今江苏邳县）、蕲县、竹邑，几乎包围彭城。如果不出意外，平定了楚国后方的靳歙再从东面进攻，加上彭越的配合，攻打项羽的背后，据守荥阳与成皋的项羽必将被汉军包抄，夺回荥阳与成皋指日可待。但此时发生了一件令刘邦意想不到的事：韩信从灌婴口中得知刘邦已失荥阳与成皋，洛阳危急，并且齐国已被郦食其说降，韩信为了自己当齐王，在蒯通的蛊惑下，擅自攻打齐国撤去防守的历城，齐王大怒，以为是郦食其出卖了他，将郦食其烹杀，急忙派齐军再次防守历城，韩信不能攻下。
刘邦得知韩信攻打齐国，齐国叛汉，被迫抽调汉军主力以武力平定齐国，派灌婴、曹参、傅宽、蔡寅、陈涓、冷耳、柴武、王周等汉将赴齐助韩信攻打齐国。这样一来，失去荥阳与成皋的不利局面雪上加霜，攻打楚国后方的靳歙也不得不放弃进攻，回到巩县抵挡项羽。齐王不得已向宿敌楚国求援，项羽为壮大自己考虑，也派龙且率20万楚军支援齐国。
项羽占据成皋天险，与汉军在巩县对峙，如果汉军再失巩县，洛阳也将不保。所幸敖仓还在汉军的掌控下，刘邦派人坚守巩县的同时，命令周勃、程黑、郭蒙等坚守敖仓，刘邦自己则驻军河内小修武（今属河南焦作），指挥全局，依黄河北岸驻守，封锁黄河渡口，以阻止楚军攻入河内平原，为了重新取得战略上的优势，汉军必须夺回成皋。但汉军的主力都用于攻打齐国了，兵力不够，为了补充兵源，调集一切可以团结的力量，刘邦派使者发往燕国，请求援助，燕王臧荼派温疥与昭涉掉尾率燕军助汉。
彭越在梁地，可以对项羽的后方发起进攻，牵制项羽，使项羽不能首尾相顾。刘邦又命令刘贾与卢绾率领二万人渡过白马津，与活跃于楚军后方的彭越军配合，烧掉楚军的粮草。在燕县以西打败楚军，攻占睢阳(今河南商丘西南)等17座城池，项羽亲自攻打彭越与刘贾，留大司马曹咎守成皋，临行前嘱部将曹咎谨守成皋，遇汉军挑战，切勿应战，只须阻止其东进即可。
汉四年十月（前204年），刘邦乘项羽东去兵力薄弱之机，反攻成皋。初时，成皋楚军坚守不战。刘邦数次遣人到阵前辱骂，终于激怒曹咎，率部出击。汉军乘楚军半渡汜水之时，全力反击，斩杀了曹咎，再次夺回成皋，并俘虏了前塞王司马欣与翟王董翳。乘胜进至广武(今河南荥阳东北)，并包围楚将钟离昧于荥阳以东。项羽急忙从睢阳回救，汉军鉴于兵力不足，暂时无力彻底消灭楚军，于是见好就收，据险坚守。（注：汜水在成皋以东，汉军从西边进攻成皋，必是先破成皋，后渡汜水，《项羽本纪》的记载可能有误）
汉军再次收复成皋后，据险坚守，双方在广武山（今河南荥阳东北）再次形成对峙。
此时灌婴、曹参等赶赴齐国助韩信攻破了历城、临淄，齐王田广逃到高密。项羽所派增援齐国的二十万楚军也被汉军消灭，楚将龙且被汉军阵斩，齐国全境也被汉军平定。汉四年（公元前203年）二月，韩信自立为齐王。
此时，彭越数反梁地，绝楚粮食，项羽患之。于是置刘邦的父亲太公于鼎镬上，告诉刘邦说：“今不急下，吾烹太公。”（今 天不赶快投降，我就烹煮了你父亲），刘邦却回答道：“吾与汝俱北面受命怀王，曰‘约为兄弟’，吾翁即若翁，必欲烹而翁，则幸分我一桮羹。”项羽见无济于事，只好作罢。
又有一次，项羽对刘邦说：“天下匈匈数岁者，徒以吾两人耳，愿与汉王挑战决雌雄，毋徒苦天下之民父子为也。”刘邦却笑着拒绝说：“吾宁斗智，不能斗力。”并向项羽宣布他的十条罪状。项羽恼怒之下，用暗箭偷偷射向刘邦，正中刘邦胸部，刘邦受伤，回到成皋养病。
项羽终究无力挽回楚国的颓势，战争的优势已完全向汉方倾斜。刘邦病好后，他终于可以放松一下了，命令樊哙守广武，周勃守敖仓，带上在汜水之战俘虏的前塞王司马欣，回到关中，将司马欣在他的原都城栎阳枭首，置酒慰问关中父老，四日后，带领关中兵又回到广武。
汉二年（公元前205年）八月，魏王豹踞河东（郡治安邑，今山西夏县西北禹王城）反汉归楚，威胁汉军侧翼。刘邦先派郦食其游说未成，即命韩信率军进攻。九月，韩信突袭安邑，生擒魏豹，灭魏国。
安邑之战，汉魏两军使用的兵力不大，是个规模比较小的战役，但是对当时战局则起了极大影响。汉军凭着占领魏属的河东、太原等郡，可以经略赵代，进攻燕齐，形成从北面包围楚国的优越战略态势。
汉军统帅韩信于安邑之战中，采用了与对三秦作战“明修栈道，暗渡陈仓”同样的诡诈手段，又一次成功地获得了全战役的彻底胜利。韩信用一部兵力阳渡临晋，主力暗渡夏阳的手法，引诱轻举妄动的魏豹，把主力调集到蒲坂以西地区，造成了魏王豹的错觉，巧妙地掩护了自己渡河的真实意图，使数万大军顺利渡河成功。
汉军渡河急进，奇袭安邑要地，一战全歼敌人，突出地展示了韩信军事指挥的卓 越才能。
九月，魏王豹率军迎击，但遭到大败，魏王被俘虏，刘邦令其为将助守荥阳。
安邑之战后，刘邦继而采纳韩信“北举燕、赵，东击齐，南绝楚少粮道，西与大王会于荥阳”的建议，给韩信增兵3万，开辟北方战场，以消灭楚的羽翼，实现对楚的战略包围。
汉二年（公元前205年）闰九月，韩信首先破代国，生擒相国夏说，代亡。
汉三年十月（公元前205年），韩信、张耳率领汉军越过太行山，与楚的羽翼赵国战于井陉口(今河北井陉东南)，韩信一反常规，背水设阵，大败20万赵军，斩杀赵军主帅成安君陈余，生擒赵王歇，一举灭亡赵国。随之采纳赵国降将李左车建议，乘势不战而迫降燕王臧荼，平定燕国。
井陉之战的结局，对楚汉战争的整个进程具有重大的意义。汉军的胜利，使得其在战略全局上渐获优势，即消灭了北方战场上强劲的敌手，为下一步“不战而屈人之兵”、兵不血刃平定燕地创造了声势和前提，并为东进击齐铺平了道路，从而造就了孤立项羽的有利态势。这虽然是一次战役规模的战争，但却有着战略性质的地位。
与此同时，刘邦亦亲攻赵。汉将靳歙兵出河内，击赵将贲郝于朝歌，破之。又随刘邦进击安阳以东，下七县；别将攻赵军，虏两司马，得赵军二千四百余人。接着刘邦对赵之邯郸发起进攻，破赵军，攻下邯郸。汉将靳歙破赵军于平阳，攻下邺。这样赵国悉平。
楚数使奇兵渡河击赵，张耳、韩信往来救赵，因行定赵城邑，发兵诣汉。汉王立张耳为赵王，拜韩信为相国。汉三年（公元前204年）六月，刘邦再败荥阳，入赵，收韩信军，令韩信收赵兵未发者准备击齐。
韩信灭赵后，陈兵燕境，燕王臧荼迫于汉军兵威，加入汉方对楚作战。
汉二年（公元前205年）四月，汉军于彭城战败后向西溃退，彭越把他攻占的城池又都丢掉，独自带领他的军队向北驻守在黄河沿岸。
汉三年（公元前204年），彭越经常往来出没，替汉王游动出兵，攻击楚军，在梁地断绝他们的后援粮草。
九月，刘邦采用郎中郑忠之策，派将军刘贾、卢绾将卒二万人、骑数百，由白马津渡河，进入楚地佐助彭越。汉军与彭越联军烧掉楚军积聚的粮草，楚军乏食。楚军回击刘贾，刘贾坚守不出不与楚军交战，与彭越互相呼应。
汉四年（公元前204年）冬，楚军和汉军在荥阳相持，卢绾、刘贾攻下睢阳、外黄等十七座城邑。项羽知悉后，就派曹咎驻守成皋，亲自向东收复了彭越攻克的城邑，又都归复楚国所有。彭越于是率军北上谷城。
汉五年（公元前202年）秋，楚军向南撤退到夏阳，彭越又攻克昌邑等二十多个城邑，缴获谷物十多万斛，用作汉王的军粮。
汉四年（公元前203年）二月，韩信自立为齐王，项羽为了避免被汉军三面包围，项羽派武涉赴齐国，游说韩信，劝他发兵助楚，攻打刘邦，但齐国的汉将都是刘邦的亲信，韩信以“汉王刘邦待他甚厚，不忍背叛”为由拒绝了武涉的请求。
韩信命令御史大夫灌婴离开齐国，率汉骑南下，首先进攻楚国的鲁地，大破楚将薛公杲于鲁北。南下再破薛郡长，攻博阳，进军至下相，夺取取虑、僮、徐等县。接着渡过淮河，进至广陵（今江苏扬州），尽降楚国城邑。
项羽急忙派项声、薛公、郯公夺回淮北。灌婴北渡渡淮，在下邳大破项声、郯公军，将薛公斩首，夺取下邳。接着追击楚军，破楚军于平阳（南平阳，今山东邹城市），回师还攻并占领彭城，俘虏楚柱国项佗，降服留、薛、沛、酂、萧、相等县。攻苦、谯，再次俘获亚将周兰。
灌婴平淮北后，后来与刘邦军会师于颐乡（位于今河南鹿邑县）。
汉四年（公元前203年）八月，楚军粮尽，项羽被迫议和，刘邦亦未能调来韩信、彭越援军，于是双方订立和约“中分天下”，划鸿沟（古运河，位于今河南荥阳以东）为界，东归楚、西属汉。楚汉两军在荥阳、成皋一线相持两年零五个月后，休兵罢战。
和约定立后，刘邦派使者至楚营请求放还刘邦家属，但都一一遭到拒绝。后来侯生往使，成功说服项羽放还刘邦家人。刘邦拜侯生为“平国君”，但侯生受封之后即隐退。
刘邦遂听张良、陈平的建议，趁楚军锐气消磨殆尽的退兵路上发起追击。彭越趁项羽向南撤退到阳夏之机，攻克昌邑旁二十多个城邑，缴获谷物十多万斛，用作汉王的军粮。刘邦亦趁机率军发起追歼，于汉五年十月（前203）击败项羽亲率楚军取得阳夏（今河南太康），樊哙虏楚大将周将军卒四千人。刘邦率领汉军追击项羽至固陵，刘邦另派刘贾南渡淮水包围寿春，刘贾很快到达，派人寻找机会招降楚大司马周殷。周殷叛变楚王，帮助刘贾攻下九江，迎着武王黥布的军队在垓下会合，断项羽向南逃后路，并共同攻打项羽。
不久，灌婴、靳歙率领骑兵军团从彭城往固陵而来，刘邦亲自在固陵东边颐乡与灌婴率领的汉军铁骑会合。项羽得知灌婴、靳歙等率领汉军东来后，为防自己被包围往南退守至陈下，刘邦在灌婴、靳歙率领精锐骑兵到来后，发动反攻。汉将宣曲侯义率领骑兵和汾阳侯靳强率汉军为先锋，攻固陵楚军，便击破了楚大将钟离昧的部队，揭开了陈下之战的序幕。
项羽南逃至陈县，大将钟离眜也赶到，汉五年十一月（公元前203年），汉将靳歙从济阳来与刘邦会合，同时平定淮北的灌婴到达苦县（今河南省鹿邑县）的颐乡，刘邦与灌婴会合，对驻陈的楚军形成东西夹击合围之势，项羽只得继续东撤，陈县县令立即降汉。
项羽继续向东而逃。此时刘贾已攻占了寿春，项羽无心攻打寿春，立即调转马头，转向东方逃跑，越过已被屠成空城的城父。[注：城父（今亳州城父镇附近）与垓下（今灵璧）均是在陈下（今淮阳）正东边，而不是东南边]
刘贾派人策反了楚大司马周殷，周殷叛楚，以舒县之兵屠戮了六县，与英布一同北上.，与刘贾会合，离开寿春，前往城父垓下一线对项羽进行战略合围，经过城父时对其进行了屠城，鸡犬不留。身在齐国的韩信，见项羽大败，三分天下已无望，于是离开齐国，来到城父与刘邦会合。无论屠六县还是屠城父都是为了让楚军得不到补给和立足之地。
汉五年十二月（公元前203年），项羽逃离城父，逃至垓下，汉军迅速跟上，将10万楚军包围于垓下（今安徽灵璧）。
楚军兵少食尽，屡战不胜，夜闻四面楚歌，军心瓦解。项羽大惊曰：“汉皆已得楚乎?是何楚人之多也!”，于是夜起慷慨悲歌，曰：“力拔山兮气盖世，时不利兮骓不逝。骓不逝兮可奈何，虞兮虞兮奈若何!”“歌数阕，美人（虞姬）和之（参见霸王别姬）。项王泣数行下，左右皆泣，莫能仰视”。
是夜项羽抛弃大部队率800余骑兵趁夜突围南逃，天明后刘邦方才发觉，遂派灌婴率数千骑兵追击。
楚军渡过淮河后只剩下百余骑，逃至阴陵（今安徽定远县西北）时因迷路，问路一田父，田父诓骗而左行，结果陷于沼泽，致使汉军追上。
至东城（今安徽定远县境内）时，仅剩下28骑，项羽自度难以脱身，却依然说：“天亡我，非战之罪也。”
逃至乌江（今长江，位于今安徽和县东北乌江镇）时，乌江亭长力劝项羽过江，以图东山再起，项羽却说：“天之亡我，我何渡为! 且籍与江东子弟八千人渡江而西，今无一人还，纵江东父兄怜而王我，我何面目见之? 纵彼不言，籍独不愧于心乎?”自觉无颜见江东父老，不肯渡江。
接着在力杀汉军数百人后，自刎而死。
垓下一战，刘邦全歼楚军，获得最后胜利。项羽败亡后，楚地陆续平定，最后唯原项羽封地鲁不下，汉军乃以项羽头示鲁，鲁遂降，楚国至此全部平定。
楚汉战争末期，属楚国阵营的衡山王吴芮、九江王英布先后归附汉王刘邦，唯临江王仍不听命。在项羽覆灭的同时，汉军又攻破临江国都江陵（今湖北荆州），俘虏项羽所立的临江王共尉。
楚汉之争是由秦末农民战争直接演变而来的，但性质却截然不同。在当时的社会条件下，农民战争虽然胜利地推翻了旧的封建王朝，但曾经是农民战争领袖的刘邦和项羽，却不得不走封建统治的老路，遂转变为封建统治权的角逐者。在这场角逐中，项羽具有强烈的旧贵族意识，不善于用人，不能重建统一王朝。刘邦知人善任，因势利导，终于战胜了项羽，登上了西汉皇帝的宝座，建立了汉朝。
汉王刘邦统一天下后，便以“汉”为国号，建立了统一的西汉王朝，并为后来的“文景之治”奠定了基础，又经汉武帝一朝，达到了西汉的巅峰时期。楚汉战争造就了统一的西汉王朝，后历王莽短暂篡国后又进入东汉时期，形成了中国历史上长达400余年的长期统一局面，促进了汉民族的形成和经济的发展。
战争评价
楚汉战争历时4年多，战地之辽阔，规模之巨大，用兵韬略之丰富，前所未有，在中国古代战争史上占有重要地位。楚汉战争最终实现了西汉王朝的大一统，具有积极的历史意义。
项羽摒弃秦朝中央集权制度，实行分封制，恢复战国时期的封建割据，疆土分裂，天下不能真正统一，埋藏战争隐患。刘邦与项羽争天下，为什么项羽失败了? 项羽不会知人善任，不信任手下，不爱听意见，又吝于封赐，不会识别和笼络人才，以致韩信、陈平、英布等先后归汉，不善于团结利用反汉同盟，致使魏王豹、代相夏说、赵王歇与楚各自为战，魏、代、赵国相继灭亡。
且刚愎自用、优柔寡断，不会抓准时机，像一个小孩子一样好哄。他嗜杀残暴，坑杀20万秦兵、屠掠咸阳、弑杀义帝，大失人心。时有人谏言建都关中，他不听而烹杀谏者，误中陈平离间计，致使谋士范增愤而告退。平定齐国叛乱后，杀戮过重以致齐地复叛。不都关中，放弃形胜之地。他分封不公，导致诸侯叛乱，疲于应付。又封秦朝三个降将于关中，因曾坑杀20万秦兵，三秦王在关中很难立足，以至汉军得以轻松平定三秦。
时刘邦先入关中，派兵守住函谷关，抗拒诸侯。本来项羽已经准备灭掉刘邦，就因为项伯说情就放了他。鸿门宴上，形势有利，只要他一声令下，刘邦就必死无疑，可他优柔寡断，迟迟不发令。所以项羽失去了所有有利的时机，“时至不行，反受其殃。”因此，项羽败给了刘邦。
刘邦则是海纳百川，只要说得有道理，他都会听。他善于笼络利用诸侯以及手下将领，大家乐为其效命，韩信为齐王时，楚使说齐王韩信不反可略见一斑。
名将韩信在战争中显示了其卓 越的统帅才能。先定魏王豹之战、再破代、攻赵、降燕、伐齐，最后在垓下全歼楚军，其还定三秦之战暗渡陈仓出自《史记·淮阴侯列传》；井陉之战拔帜易帜、背水一战；潍水之战以水冲敌、半渡而击；垓下之战四面楚歌、十面埋伏。韬略之丰富，用兵之灵活，在中国战争史上写下的光辉的篇章，亦为历代兵家所推敬借荐。