在陳勝、吳廣農民起義失敗以後，楚地的劉邦和項羽領導兩支農民軍，繼續進行反秦鬥争，成了反秦的主力。
為了推翻秦朝統治，起義軍作出決定，由劉邦領兵向西略地入關，項羽往北救趙入關，并且約定“先入定關中者王之”。由于劉邦軍紀嚴明，“所過毋得掠擄”，又采取了收買秦将約其降的方針，很快瓦解了秦軍，沒有遇到大的抵抗，就攻下了鹹陽。秦王子嬰投降，秦朝滅亡。以後，劉邦聽了張良、樊哙的勸告，“封秦重寶财物府庫”，還軍灞上，又除秦苛法，“與父老約法三章”，規定“殺人者死，傷人及盜抵罪”。劉邦的一套辦法，受到了關中人民的擁護，“秦民大喜，争持牛羊酒食獻飨軍士”。劉邦又婉言謝絕：“倉庫裡的糧食很多，并不缺乏糧饷，不要秦民再費心。”這更使得大家高興，都唯恐劉邦不為秦王。
這時，項羽也破釜沉舟，在殲滅了秦軍主力以後，到了函谷關外。他聽說劉邦已經攻破鹹陽，收降了子嬰，便怒氣沖沖地打破函谷關，駐軍鴻門，并準備第二天擊破劉邦軍。這時，項羽的謀士範增也看透劉邦原來在山東時“貪于财貿，好美姬”，而入關以後，卻“财物無所取，婦女無所幸”，說明他正在收攬人心，志氣很大，也勸項羽要立即進攻劉邦，不能給他以喘息、發展的機會。當時，項羽軍士40萬，劉邦隻有軍士10萬，如果項羽進擊劉邦，是有把握獲勝的。
可是，正在這時，項羽的叔父項伯卻因為與張良要好，連夜偷偷跑到劉邦軍中，把項羽明日進擊劉邦的消息告知張良，并勸他趕快逃走。張良反勸項伯和他一起去見劉邦。劉邦估計到自己力量不及項羽，隻得在項伯來時，向他表示，自己清理關中戶口、府庫，正是等待項羽前來接收，絕無獨占關中的野心，并請項伯把這個意思轉告項羽。劉邦還稱項伯為兄，為他設置酒宴，與他約為姻親，對項伯竭盡拉攏之能事。項伯答應了劉邦的要求，約劉邦明日一早快來拜見項羽。當夜，項伯就把劉邦的話轉告了項羽，并替劉邦說了許多好話，終于使項羽改變了進擊劉邦的決定。
第二天，劉邦隻帶領100騎兵，同張良、樊哙等幾員将領來到鴻門，拜見項羽。項羽設宴招待劉邦，一同入席的還有項伯、範增和張良。盡管劉邦已經得到項羽諒解，可是，宴席上的氣氛仍然非常緊張。範增幾次舉起所佩的玉玦向項羽示意，要他下令殺死劉邦，項羽都默然不動。于是，範增招來武将項莊，暗囑他以舞劍為名，在宴席上刺死劉邦。項莊立即進入軍帳，舞起劍來。在這千鈞一發的時候，項伯也拔劍起舞，幾次擋住了項莊刺來的劍，保護劉邦。張良見情勢緊急，也立即召樊哙持劍握盾闖入軍帳。樊哙怒目站在項羽對面，由于過分憤怒，他的頭發都豎了起來，眼角也張裂流着鮮血。當項羽問明他便是劉邦的衛士樊哙時，不盡稱贊說：“真是壯士啊!”并賞賜給樊哙一鬥酒和一隻生豬腿。樊哙一面喝酒，大口吞下生豬腿，一面陳述劉邦的功勞，指出要殺害劉邦是走秦朝的老路。在樊哙義正詞嚴地指責下，項羽啞口無言，隻好說：“将軍請坐。”劉邦乘此機會，假說上廁所，溜出軍帳，騎上馬返回灞上。
這就是曆史上著名的“鴻門宴”。故事中“項莊舞劍，其意常在沛公(劉邦)”的情節，也成為人們經常使用的典故。
“鴻門宴”後，項羽進入鹹陽，放火燒了阿房宮，殺死秦王子嬰，大肆搶掠。他憑借手中武力，以為天下從此已定，分封六國貴族、秦朝降将和有功将領18人為王，自稱“西楚霸王”，班師東歸，都于彭城。劉邦被封為漢王，被迫進駐巴、蜀、漢中一帶。項羽又封秦将章邯等三人在關中為王，用以堵塞劉邦東進的道路。劉邦也用張良計，燒毀所過棧道，借防備諸侯兵的襲擊為名，向項羽表示再無東回的意思。
被項羽分封的諸王，多忙于維持自己的地位，并不真正服從項羽的領導，沒有受封的人更是心懷怨恨，剛剛一個月就互相攻殺起來。劉邦則乘機出兵，攻滅了章邯等三個王，完全占有關中地區。公元前205年春，劉邦便利用項羽率兵北上攻打齊王田榮的時機，率領不滿意項羽的五諸侯兵56萬人，揮兵東向，攻占彭城。項羽急領精兵3萬回師。劉邦戰敗，退守荥陽。劉邦的老婆呂雉和父親都做了項羽的俘虜。公元前204年夏，劉邦尚未恢複元氣，項羽又包圍了荥陽。劉邦一面派人與項羽和談，以為緩兵之計；一面用陳平反間計，使項羽與部下不和，不能用範增的主意，坐失戰機。就這樣，劉邦便擺脫了困境，得以重整旗鼓。這一年十月，劉邦攻占了成臯，據有囤積充足糧食的敖倉，軍心大振。此時，大将韓信已經先後攻占了魏、趙和齊地，劉邦也南聯九江王英布，北聯燕王臧荼。這樣就完成了對項羽的包圍形勢。
公元前203年秋，項羽兵疲糧絕，被迫與劉邦達成和議，平分天下，以鴻溝(今河南荥陽)為界，以西歸漢，以東歸楚。項羽歸還了劉邦的父親和妻子。
鴻溝和議後，項羽引兵東歸了。可是，劉邦聽從張良和陳平建議，繼續揮戈東進。公元前202年，與韓信和彭越兩支軍隊彙合，大敗項羽于垓下，将項羽和楚軍重重圍住。在茫茫黑夜裡，楚軍四面都唱起了楚歌。項羽大驚，哀歎道：“漢軍已全部占領楚國了嗎?為什麼漢軍中的楚人這麼多?”在“四面楚歌”中，項羽感到了覆滅的命運就要來臨，隻得和身邊的美人虞姬借酒消愁，乘着酒興，慷慨悲歌：“力拔山兮氣蓋世，時不利兮骓不逝，骓不逝兮可奈何，虞兮虞兮奈若何?”項羽歌罷，帶着八百壯士，乘夜突圍，向南逃去。當逃到烏江時，漢兵已經追到，又拼殺了一陣，項羽遍體鱗傷，自度不能逃脫，便舉劍自殺了。