在劉邦起兵反後，秦末農民起義戰爭已經進行得如火如荼。當時反秦主力是原楚國貴族項羽、項梁所率領的江東子弟兵，其他一些六國貴族也都紛紛起兵，自立為王。
秦二世元年(公元前207年)十二月，陳勝被車夫莊賈所殺。次年(公元前208年)六月，項梁知道陳勝確實已死，就在薛縣召集各部將領，立了楚懷王的孫子心為楚王。這時，秦大將章邯已經攻滅了魏國和齊國。到了七月，楚軍經過休整，開始向秦國反攻。楚軍連連勝利，項梁被勝利衝昏了頭腦，驕傲起來，別人進諫也不聽。九月，辛邯得到秦關中的援兵後，乘項梁不備，突然夜襲定陶。結果楚軍大敗，項梁被殺。辛邯在擊殺項梁後，認為楚國已不再構成威脅，遂渡河進攻趙國。趙王向楚王求救。接到趙國的求援信，楚王和眾將商討，決定分兵兩路：一路以宋義為上將軍，項羽為次將，範增為末將，北上救趙；一路以劉邦為將西進關中。並和諸特約定：“先入關中者王之。”
經過連番征戰，劉邦攻入武關，向鹹陽逼近。秦相趙高殺死二世、派人向高祖求和，被高祖拒絕。秦王子嬰即位後，誅滅趙高，並派兵在繞關抵擋劉邦。劉邦率軍繞過繞關大破秦軍，進抵鹹陽東郊灞上(今陝西西安東)。秦王子嬰被迫捧著玉璽向高祖投降，秦王朝滅亡。
十月，劉邦進入鹹陽。將士們紛紛爭著搶著去找皇宮的倉庫，往自己的腰包裏揣金銀財寶，劉邦自己也被阿房官的富麗堂皇和美貌如仙的宮女弄得眼花繚亂，有些邁不動步了，他以“關中王”自居，準備就住在宮中，好好事受一番。但在樊噲“沛公要打天下還要當富翁”的提醒下，立時醒悟，忍住了貪圖享樂的念頭，吩咐將士封了倉庫和宮殿，帶著將士仍舊回到灞上的軍營裏。之後，劉邦約法三章，順利地籠絡了民心。劉邦又聽從謀士的建議，派兵駐守函穀關，以防止項羽率軍進入關中。
項羽在救趙取得消滅秦軍主力的勝利後，也率軍向關中進發。來到函穀關，項羽見關門緊閉，又聽說劉邦已平定關中，不由大怒，當即命英布攻破函穀關，接著率40萬大軍開到戲下(今陝西臨潼東北戲水西岸)。這時，劉邦的左司馬曹無傷暗中派人向項羽告狀說：“沛公欲王關中，讓子嬰做相國，把秦的珍寶都據為己有。”謀士範增也勸項羽趕快除掉劉邦，於是項羽下令犒勞士兵，明天一早就向劉邦進攻。劉邦當時隻有10萬人，在兵力上完全處於劣勢。在大難就要臨頭之際，劉邦卻來了救星。這個救星就是項羽的叔叔項伯。項伯和劉邦的謀臣張良交往甚密，張良曾救過他的命。他聽說馬上就要向劉邦進攻，就連夜馳入劉邦軍中，想把張良帶走。張良卻對他說：“沛公有大難，我作為謀臣不能一聲不吭就走，要走也得把這個事情告訴他。”劉邦聽了大驚，要張良趕快考慮對策。張良找到項伯說合，又說劉邦願與項伯結為兒女親家，項伯終於答應代為說情。項伯即連夜返回，勸告項羽說：“劉邦若不先入關，你也不可能這麼順利地到這裏。人家是功臣，你要加害功臣，這是不義之舉。況且，人家對財物婦女一律不取，連降王子嬰也沒有擅自發落，就等你前往共同處置呢！劉邦明天前來當麵謝罪，你不如就此與他修好。”項羽表示同意，取消了進攻計劃。
第二天一早，高祖率張良、樊噲和一百多個騎兵來到項羽的營帳鴻門。劉邦十分恭謙，見了項羽便下拜：“未知將軍入關，有失遠迎，今天特上門謝罪。”並開誠布公地相告：“我不過是與你相約先入關而已。除了與民約法三章外一切照常，請將軍不要聽小人之言，明察實情。”項羽是個粗人，本來還想要擺擺劉邦的“罪狀”，但見劉邦說的句句在理上，便老老實實地說：“這都是你的部下曹無傷來說的。要不然，我也不會這樣。”並擺下酒宴加以款待。宴席上明爭暗鬥，劍拔弩張，演出了曆史上流傳千古的“鴻門宴”。鴻門宴後，項羽以最高統帥的身份，立諸將為王、侯。劉邦被封為漢王，並前往封地南鄭。項羽當時隻給了他3萬士兵，加上自願隨從的幾萬人，也不到10萬人。為了防備其他諸侯的襲擊，也為了向項羽表示不再東出爭奪天下，劉邦接受張良建議，把通往漢中的棧道燒了。這樣，從陳勝開始反秦到奏滅亡，長達三年的戰亂暫時平息。
楚漢相爭
結束了反秦鬥爭後，各路豪傑在一夜之間失去了共同的目標，也就失去了暫時的凝聚力，之間的矛盾也就開始浮現出來。由於項羽分封不均，矛盾的中心又集中到項羽身上。很快，齊、趙兩國就開始了與項羽的戰爭。