秦亡，刘邦占据关中。汉王元年十二月，项羽攻破函谷关，进至咸阳，并自立为西楚霸王，都彭城（今江苏徐州），分封各反秦将领为18诸侯王。刘邦被封于巴蜀为汉王，进驻汉中。反秦将领田荣、彭越等因未被封王而不满，五、六月间，赶走或击杀项羽所封齐地三王，田荣自立为齐王，并令彭越攻楚。项羽派军镇压，刘邦乘机东进，楚汉战争开始。

第一阶段，刘邦还定三秦及彭城之战。汉王元年八月，刘邦以韩信为大将，暗渡陈仓，击降塞、翟二王，包围雍王章邯于废丘（今陕西兴平东南），还定三秦。二年二、三月间，又击降韩王郑昌和魏王豹，俘获殷王司马印，占领洛阳及河内地区。四月，刘邦乘项羽在城阳（今山东营县）与齐军作战之际，率兵56万，乘虚攻占彭城。彭越归汉。项羽自率精骑3万回救，在泗水、睢水歼灭汉军20余万，刘邦仅率数十骑逃至下邑（今安徽砀山东）。诸侯皆背汉附楚。五月，刘邦至荣阳（今河南荣阳东北），依托关中，坚守茶阳、成皋（今河南苯阳西北），作持久防御。

第二阶段，争夺成桌之战。二年六月，刘邦灭章邯军，解后顾之忧。八月，韩信击败并俘获魏王豹，三年（公元前204年）十月，又在井降（今河北井怪西北）击灭赵军，解除左侧背的威胁后，驻军修武（今河南获嘉）。十一月，汉王争取九江（今安徽寿县）英布反楚，牵制了部分楚军。汉王三年十二月至汉王四年四月，楚军连续猛攻荣阳，刘邦于汉王四年五月用计逃出荣阳，返回关中，楚军攻占成皋、围困荣阳。刘邦由关中率军出武关，攻占南阳（今属河南）、叶（今河南叶县西南），诱使楚军南下，减轻正面压力。项羽率军攻南阳时，彭越攻下邱（今江苏睢宁西北），威胁彭城。项羽回击彭越，刘邦乘机夺回成桌。六月，项羽击退彭越后又攻占成皋、荣阳。刘邦退至修武，以韩信军守巩县（今河南巩义西南），并派韩信攻取燕、齐，威胁楚军右翼。八月，刘邦派军增援彭越，攻占睢阳（今河南睢阳南）、外黄（今河南民权西北）。九月，项羽击败彭越后，至广武与刘邦对峙。

这时，韩信已威服燕王、攻破齐都临淄（今山东淄博东）；十一月又在潍水歼灭援齐楚军20万。楚汉主力相持至八月，项羽因腹背受敌，兵疲粮尽，被迫与汉订盟，以鸿沟（在成皋地区）为界，中分天下。

第三阶段，垓下决战。九月，项羽率军东归，刘邦背盟追击，汉王五年（公元前202年）十二月，汉军集中兵力包围项羽于垓下（今安徽灵壁东南）。项羽突围后自剑于乌江（今安徽和县东北）。楚汉战争结束。二月，刘邦称帝，建立了全国统一的汉王朝。