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。[3]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ZY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。

战争起因

刘邦韬晦

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CQ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HZ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。

山东复乱

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。原燕王韩广不愿徙王辽东，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11-12月），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。

还定三秦

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。

项羽平齐

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11-12月），汉立韩王信为韩王。[3]

汉二年十月（前206年11-12月），汉王刘邦进至陕（今河南陕县）。[3]在汉基本平定关中之后，开始准备东进了。