刘邦、项羽二人在陈留听到项梁的凶耗，立即会同项梁的另一部将吕臣，回师东向，在徐州与砀山的一条线上，排成抵御定陶、保卫盱眙的阵势：“吕臣军彭城西，项羽军彭城东，沛公军砀”。
极度恐怖中的楚怀王，这时也来到彭城，与吕臣、刘邦、项羽相会。他虽然是一个极平庸的人，但在危急的时候，也常能发挥很大的勇气与魄力，这时突然发号施令，夺去项羽与吕臣的兵权，由自己直接统率。对于刘邦，他独垂青眼，封为武安侯，任命为砀郡的郡守：“砀郡长”。吕臣被他调署为“司徒”。吕臣的父亲吕青，被他拜为“令尹”。项羽被他命为副指挥，“次将”，跟随上将军宋义，去救被围的赵国。
赵国的国王赵武臣，于章邯大兵压境的威胁之下，已为叛将李良所杀。陈余和张耳逃出邯郸，找到了赵国的一个宗室赵歇，奉为赵王。章邯令王离追围张耳、赵歇于巨鹿城（今河北平乡县），自己留驻（平乡县南的）棘原，一面防备楚国的救兵，一面凭临大河，接应陕西与敖仓输来的粮食；在大营与王离的营垒之间，筑了一条甚长的甬道，以求便于输运。陈余逃到正定一带，集合了几万救兵，驻军于巨鹿城的北方，但自顾兵少，未敢就与章邯交锋。燕王韩广，齐相田荣，虽则均派有援军前来，也是深沟高垒，袖手旁观。
项羽攻入咸阳，重新分封诸侯，自封西楚霸王。
宋义统率楚军，行抵安阳，滞留四十六日，采取了相同于陈余及燕齐诸将的政策。是个人的胆怯？还是等待两虎相斗，一死一伤，再从而“我乘其敝”，如他自己所说？或是居心观望，暗中与齐国勾结，共谋袭楚，背叛怀王，如项羽所指摘？我们毋庸加以判断。总之，奉命救赵，而不执行救赵的命令，则是事实。宋义有该杀的罪，而敢于杀他的只有项羽。
项羽是一个二十五岁的英勇少年，在山东河南都已屡次立了功勋。这时候，叔父既已死于敌人之手，自身又被夺了兵权，同时看见造反的赵国为秦军破灭，宋义却拥了大军，观望不前。国仇，家恨，义愤，与个人的郁郁不得志，都堆积在项羽的心中。他对宋义贡献立即渡河的意见，不仅遭受了讥嘲，什么“披坚执锐，义不如公；坐而运策，公不如义”，又蒙受公开的侮辱与威吓，宋义下令：“猛如虎，狠如羊，贪如狼，强不可使者皆斩之！”项羽忍无可忍，拿出刺杀殷通的身手，毅然决然，第一步“即其帐中斩宋义头”；第二步，立刻派当阳君英布，率兵二万，渡河救赵。
在巨鹿的城下，英布获得小胜。陈余继续向项羽请兵，项羽便索性率领全军渡河，沉舟，破釜，烧营，只带三天的食粮，使得全体军士，皆有必死的决心。在战略上，他采取外线包围的方法，把那位围攻巨鹿的王离，用楚军来反包围。同时，断绝王离与章邯之间的甬道。前后与秦军交战九次，九次都是楚军与秦军单独作战，诸侯军只敢作壁上观。王离终于被虏，项羽完成任务，获得诸侯将军的一致崇拜拥护，不仅为楚怀王的上将军，而且是“诸侯的上将军”。从此，他成为反秦运动的实际的领导者。
章邯于此次挫折以后，丧失了对自己的自信力，增加了对项羽的畏惧。这时候，赵高对他表示不再信任；同时也有人向他劝告，脱离秦廷，与诸侯的军队缔结合纵的条约，瓜分秦的领土，南面称王。经过六个月的考虑，与一两次的继续战败，章邯决定投降。项羽立刻封他为雍王，留在楚军的部队里，作为参议；另外派自己的亲信司马欣为上将军，统率章邯的旧部，为攻秦的先锋。
诸侯的将军，跟随项羽去西向攻秦的，有赵国的司马卬、张耳，齐国的田都，燕国的臧荼。兵员的总数，有六十万人以上。
大军行抵洛阳，张耳的部下申阳已经先期平定三川郡（洛阳一带），迎接项羽。走到洛渴以西的新安，章邯旧部的秦军，表露出动摇的倾向，项羽便于一夜之间，将他们加以包围，全数活埋，传说埋了约有二十万人之多。
再西，走到函谷关，关上的小卒，不是秦军，而是武安侯刘邦的军队。项羽这才明白，当自己与章邯相持数月，耗费光阴的时候，这留守砀山的刘邦，久已兼程西向，由南阳进入武关，占领咸阳，受秦王子婴之降，比自己先了一着。
秦朝既已覆亡，现今的问题不是反秦运动的领导，而是今后中国政治的支配权。刘邦先项羽而入关，取得了天下人民认为最大的功勋，取得了最高的声望，取得了最优的地势。
单纯为了反秦，项羽就没有入关的必要，关内的秦廷现已消灭，占据关内的是同隶于楚怀王旗帜下的刘邦。但是为了争夺领袖的地位，支配今后的全中国，项羽便不能不立刻入关与刘邦一决雌雄。
刘邦派了军队，守住函谷关。项羽毫不犹豫，立刻命令英布向这一部分的“友军”攻击。这“友军”在英布的面前，真是不堪一击，一击便垮。于是项羽就率领四十万的大军，长驱直入，驻军于戏亭之西的鸿门（临潼县东），威胁咸阳。刘邦已从咸阳（今长安县东），进驻于今日灞桥所在的灞上。
项羽准备以一天的时间，击破刘邦的十万人。就在那一天的早晨，刘邦却亲来鸿门谢罪，只带了一百名卫兵。
刘邦向项羽说：“我与将军共同反秦，我担任黄河南岸，将军担任黄河北岸，我自己不曾估计到，能够先入关，在这里见到将军，这完全是侥幸。现今是有小人，在挑拨离间我们的感情，所以我必须来解释。”年少的项羽，于是为感情所影响，不再有解决刘邦的念头；立刻以盛大的宴会，招待这一位成功的战友。
项羽对刘邦宽大，是因为刘邦先向项羽屈膝，表示拥护。中国第一人的地位，仍属于项羽。虽则刘邦是占了入关的首功，但真正击破秦的主力的，究竟还是救赵的项羽。真正为诸侯之领袖的，自从救赵胜利以后，也是项羽。
所以项羽就不杀刘邦而杀秦王子婴，烧了秦的宫室。又通知楚怀王，说要大封诸侯。将秦始皇所统一的天下，分成一块一块，赏给有功的将军与各国的宗室。项羽说：我要恢复封建的局面。楚怀王当然只有答应。
秦国旧有领土之中，秦岭以北的渭水流域，不宜封给刘邦，虽则刘邦较想占有这一块肥沃的区域。项羽把它分成三块。一块，咸阳以东，封给项梁的老友，自己的部下，曾经代替章邯来统率秦军降卒的上将军司马欣，国都设在栎阳（临潼东北七十里），称为塞王。“塞”是指的“桃林塞”，就是今日的潼关。陕北，封给那最先劝章邯投降的董翳，称为翟王（翟与狄本是一字），都城设在高奴，就是延安。咸阳以西，封章邯为雍王，都于废丘。在长安县东南十里。这三个王国，合起来称为三秦，是用来监视刘邦的。
刘邦所封的地方，是秦岭以南的汉中，加上四川。这四川也是秦的领域，但是人烟稀少，离开中原也是最远。刘邦的都城，指定为汉水上游的南郑。刘邦的封号是汉王。
赵王赵歇，改封为代王；赵国的地方另封给跟随入关的张耳，称为常山王。
齐王田市，改封为胶东王；齐国大部分地方，另封给跟随入关的田都，以田都为齐王。齐国旧有领域的北部，封给齐国的宗室田安，称为济北王，因为田安在项羽救赵的时候，曾经以济北的地域归顺项羽。这胶东王田市、齐王田都，与济北王田安，便是所谓三齐。
燕王韩广，改封为辽东王；把燕国的地方，改封跟随入关的臧荼。魏王魏豹，削封为西魏王，都于平阳（临汾）。韩王韩成，本为项梁所立，未曾更动，但暂时不许就国。最勇敢而得力的英布，封为九江王，统治当时的九江郡，都于六，今日的六安。百越的酋长吴芮，封为衡山王，都于邾，湘潭县的株洲。楚怀王的柱国共敖，攻克南郡，封为临江王，都于江陵。赵国的将军司马卬，平定河内，封为殷王，都于安阳。张耳的嬖臣申阳，首先替项羽攻下三川郡，封为河南王，都于洛阳。
以上，共有十八个国王。
项羽认为楚怀王不应继续称王，应该升格，于是尊称他为义帝。
项羽自身，是事实上的皇帝，但又表示谦逊，自封为西楚霸王；都城，他选定了徐州（彭城）。
他大封诸侯，取得霸王的名义以后，对于已焚烧的咸阳，不再留恋，带了秦宫的珍宝美女，很迅速地回到彭城。这是当他叔父遇难的时候，他曾经一度驻兵的地方。也许这离开宿迁不远的所在，也是他儿时的故里。他认为做了霸王而不回彭城，便是“富贵不回故乡，如衣锦夜行”。
这是他一生最得意的时刻。天下的局面，在他以为都安排妥当，事实上，到处都埋下了乱苗，到处都是危机。各国的将军，凡是跟随他入关的，都封为本国的国王，使得原有的国王都要迁徙到较苦的地域。这，便是乱苗。陈余，一个失意于张耳的人，虽然受了三县之封，丝毫不曾感到满足；张耳一日为常山王，陈余便一日不能停止他的愤怒与嫉妒，便要设法推倒张耳，不惜与项羽为敌。陈余自己的力量也许很小，加上田荣，这位事实上的齐国领袖，而不曾受有寸土之封的人，便足以扰乱项羽所统治的半个天下。
况且刘邦尚在那另一半的天下里，正在准备，正在行动，已经开始做他的统一三秦，进一步推翻项羽、统一中国的工作！
