汉元年的八月，刘邦采用韩信的计策暗度陈仓后，一鼓作气平定三秦、重新占领了关中地区。之后，又利用东面田荣也同时起兵的机会，通过张良成功迷惑了项羽，使项羽将战略重心转向东面，刘邦得以在关中地区放开手脚，继续壮大自己的势力。
这期间，刘邦采取了一系列有效的措施来争取人心。
一是开始着手规划自己的行政体系，“置陇西、北地、上郡、渭南、河上、中地郡，关外置河南郡”，说明此时的刘邦已经把与项羽争夺天下作为明确的战略目标了。
二是广泛号召周边势力前来归附，以一万人或一郡投降的，封给一万户。刘邦拉拢人心的主要策略就是“有福同享”，他从来不吝啬与别人分享利益。
三是大力改善民生。治理黄河水患，把秦朝的皇家园林分给百姓耕种，又对犯了罪的人实行大赦。不仅如此，刘邦还“出关至陕，抚关外父老”，对当地民情进行实地考察，抚慰人心。
有了以上这些打基础的工作，到了汉二年的二月，刘邦“令除秦社稷，更立汉社稷”。这相当于正式昭告天下：我汉王刘邦代替的是秦朝的统治，你项羽现在只不过是一股地方势力，迟早是要被我消灭的。
之后，刘邦又率军向南渡过了黄河，到达洛阳。这时，刘邦才听说了义帝被项羽所杀的事情。善于搞舆论战、宣传战的刘邦立即意识到这是一次从道德上谴责项羽的好机会。
于是，他“袒而大哭”，为义帝发丧、吊唁三日；又派使者通告诸侯：当初天下共同拥立义帝，而现在项羽把义帝击杀于江南，实属大逆无道。
我们要调集全部关内的兵力，南下讨伐杀害义帝的人。
正当刘邦在关中积极准备发动进攻的时候，项羽却在齐地打得焦头烂额。
汉二年冬天，项羽北上到达城阳，田荣也率军到此与项羽会战。
楚军强大的实力使田荣一触即溃，兵败逃到了平原，平原百姓出于对项羽的恐惧，就杀死了田荣向楚军投降了。
他们天真地以为只要投降就可以免遭杀戮，但他们太不了解项羽的性格了，结果楚军“烧夷齐城郭室屋，皆坑田荣降卒，虏其老弱妇女”，所到之处，“多所残灭”。愤怒的齐人再次联合起来反抗项羽，在田荣的弟弟田横带领下坚守城阳，把楚军主力牢牢牵制住了。
开春以后，刘邦统率五路诸侯的人马一共五十六万人，浩浩荡荡开始东进。项羽听到这个消息，似乎并没有惊慌失措，十分沉着地留下主力部队继续在齐国作战，而自己带领精兵三万南下，迎击刘邦的军队。
由于楚军后方空虚，四月，汉军顺利攻入了项羽的大本营彭城。取得阶段性胜利的刘邦一时被冲昏了头脑，天天设筵会饮，对即将反扑回来的楚军丝毫没有防备。
项羽率部赶回彭城以后，早晨开始发动攻击，到了中午时分就将汉军打得大败，杀死了十多万汉军士卒，一直把汉军追到灵壁东面的睢水边上。汉军无数士兵拥挤在一起，又有十多万人落入睢水，把河道都堵塞住了。
可见，在楚汉战争的初期，楚军在军事上还是占有绝对优势的，这很大程度上仰仗于项羽出色的军事指挥能力，他敢于仅带领三万人马迎击五十六万汉军、并取得巨大胜利，说明他在军事上是相当自信的，此时仍然没把刘邦放在眼里。
彭城之战几乎使刘邦遭受灭顶之灾，楚军把他里里外外包围了三层，可就在这时奇迹出现了，一阵狂风从西北方向刮来，霎时间天昏地暗、飞沙走石，楚军大乱，刘邦才得以带着几十个骑兵狼狈逃出了包围圈。或许这就是历史进程中不可控因素发挥的决定性作用吧。
当时刘邦狼狈到什么程度呢？他本来打算到老家沛县接着家眷一起返回关中，但那时家眷早就逃走了，幸运的是在路上碰到了走散的儿子和女儿，也就是后来的汉惠帝和鲁元公主，就用车拉着一起逃跑。
眼看着楚军骑兵渐渐追上来了，刘邦一着急，就把儿子、女儿推下了车。一个叫滕公的随从赶紧把他们抱上车，就这样推下去、抱上来一共反复了三次。滕公不得已对刘邦说：“情况虽然危急，把车赶快一点不就行了吗，怎么能丢弃孩子呢！”
历经万险，刘邦终于逃出了楚军的追击，但自己的父亲和妻子却被楚军俘虏了，作为人质扣押在军中。
刘邦逃到了荥阳，被打散的部队渐渐会合在一起，此时镇守大后方的萧何，也把在关中地区征集的兵员派到了荥阳。就这样，刘邦又渐渐恢复了元气，与楚军在荥阳南面的京、索之间打了几仗，在荥阳一线对峙了一年多的时间。
汉三年，楚军切断了汉军的粮道，刘邦十分恐慌，就派人同项羽议和，以荥阳为界，东边归项羽、西边归刘邦。项羽本来想答应这个方案，但范增劝项羽说：“现在形势对我们有利，如果放过刘邦，将来一定会后悔的。”
可能是吸取了鸿门宴上“不听老人言”的教训，项羽这次听从了范增的建议，于是加紧围攻荥阳。
就在刘邦束手无策之时，陈平为他献上一计：既然项羽听范增的，那就先离间二人。
具体是这样操作的，当时两军间使者往来频繁，项羽的使者来到汉军营中时，刘邦就派仆人端着丰盛的酒菜准备款待，看到使者时就装作一副惊愕的样子说：“我以为是亚父范增派来的使者呢，原来是项王派来的”，然后端着准备好的酒菜下去了，换上粗茶淡饭招待人家。
使者回去以后把这件事报告了项羽，项羽由此怀疑范增私下里同刘邦有来往，就渐渐剥夺了范增的权力。范增对此十分不满，向项羽提出告老还乡，结果在半路上背上发毒疮死去了。
范增虽然被除掉了，但荥阳之围依然没有解除。这时，刘邦手下的将军纪信选择了牺牲自己来保全刘邦，他假扮成刘邦从东门出城诈降，让刘邦有机会从西门逃走，纪信自己却被恼羞成怒的项羽烧死了。
刘邦逃出荥阳回到关中以后，采取了“多点开花、打持久战”的策略，利用韩信、黥布、彭越等人散布在不同地区的力量，一次又一次地从绝境中挣扎出来、东山再起，一点一点地消耗着项羽的实力。
刘邦能够数次从绝境中翻盘，统一战线是他克敌制胜的法宝。举一个例子：
在楚汉战争胶着之时，刘邦派韩信去攻打齐国。韩信平定了整个齐国后，向刘邦上书说：“齐国这里的人狡诈多变，反复无常，南面又与楚国交界，不设立一个暂时代理的齐王，局势恐怕不能稳定，希望能允许我暂时代理齐王。”
这时，刘邦正被项羽紧紧围困在荥阳，韩信的使者不看火候地来了，刘邦打开信一看，简直要气疯了，破口大骂：“我在这被围，你韩信却要自立为王！”
张良、陈平赶紧偷偷地踩刘邦的脚，贴着他耳朵说：“以我们现在的处境和实力，也拦不住他啊。不如就顺水推舟送个人情给他，让他称王，也好守住齐地，总比惹恼了他强。”
刘邦反应非常快，马上调整好状态，开启演员模式，故意说给韩信的信使听：“大丈夫平定诸侯，要做就做个真正的王，做什么暂时代理的王呢？”
一场危机就这样化解了，刘邦马上派张良前去册封韩信为齐王，调集他的军队为己所用。
有一次，疲于奔命的项羽想起了还被他扣押的刘邦父亲，就设置了一个高大的砧板，把刘太公放在上面，告诉刘邦说：“你不向我投降，我就烹杀你父亲。”
刘邦的反应是项羽无论如何也想不到的，他说：“当初我们在楚怀王面前结为兄弟，我的父亲就是你的父亲，现在你要烹杀自己的父亲，那么也分一杯肉羹给我吧”。
这等于告诉项羽，这样的威胁对我没有用，而且你这样做是大逆不道的。项羽气得差一点就动手了，幸亏项伯及时劝下，刘太公才免于一死。
威胁不成，天真的项羽又产生了一个想法，他喊话刘邦：“这么多年我们打来打去，让黎民百姓也不得安宁，不如我们单挑解决这件事吧”。这番话直接把刘邦逗乐了，你以为是小孩子过家家吗，刘邦说：“吾宁斗智，不能斗力”。
接着，刘邦又利用这次机会搞了一次宣传战，他当众宣布了项羽的十条罪状，“吾以义兵从诸侯诛残贼，何苦乃与公挑战！”
后来，彭越、韩信等人采取游击战术消耗楚军，项羽苦不堪言，就和刘邦约定平分天下，鸿沟以西归汉，鸿沟以东归楚。
缔结了合约以后，项羽就率兵东归了。刘邦也准备回到汉中去，但张良、陈平劝他说：“现在我们已经占了天下的一大半了，‘此天亡楚之时也’，放他们回去无异于‘养虎自遗患’。”
刘邦马上打消了回汉中的念头，集结军队从项羽身后追了上去。鸿沟合约以后，项羽就开始了大溃败阶段，只能一路往东南方向朝着老家撤退，项羽的最后时刻即将来临。
