沛公跟從項梁一個多月，項羽已經攻下襄城回來了。項梁把各路將領全部召到薛縣。聽說陳王確實是死了，因而立楚國後代懷王的孫子熊心為楚王，建都盱台（ｘūｙí，需怡）。項梁號稱武信君。呆了幾個月，向北攻打亢父，援救東阿，擊敗了秦軍。齊國軍隊回去了，隻剩下楚軍單獨追擊敗逃之敵。另外讓沛公、項羽去攻打鹹陽，屠戮了城陽。軍隊駐紮在濮陽縣東邊和秦軍交戰，打敗了秦軍。
秦軍重新振作，守住濮陽，在城周圍引水堅守。楚守撤兵去攻打定陶，沒有攻下。沛公和項羽向西奪取土地，到了雍兵城下，和秦軍交戰，大敗秦軍，斬殺李由。又返回攻打外黃，沒有攻下。
項梁兩次打敗秦軍，露出驕傲的神色。宋義進諫，項梁不聽。秦朝給章邯增派了軍隊，趁著黑夜襲擊項梁軍隊。為了防止喧嘩，讓士兵口裏都銜著一根橫木棍，結果在定陶打敗了項梁的軍隊，項梁戰死。這時，沛公和項羽正在攻打陳留，聽說項梁已死，就帶兵和呂將軍一起向東進軍。呂臣的軍隊駐紮在彭城的東麵，項羽的軍隊駐紮在彭城的西麵，沛公的軍隊駐紮在碭縣。
章邯打敗了項梁的軍隊之後，就以為楚地的軍隊不值得擔憂，於是渡過黃河，向北進攻趙國，大敗趙軍。正當這個時候，趙歇立為趙王，秦將王離在钜鹿城包圍了趙歇的軍隊，這就是所謂的河北軍。
秦二世三年（前207），楚懷王看到項梁軍已被打敗，害怕了，就把都城從盱台遷到彭城，把呂臣、項羽的軍隊合在一起由他親自率領。任命沛公為碭郡太守，封為武安侯，統率碭郡的部隊。封項羽為長安侯，號稱魯公。呂臣擔任司徒，他的父親呂青擔任令尹。
趙國幾次請求援救，懷王就任命宋義為上將軍，項羽為次將，範曾為末將，向北進兵救趙。命令沛公向西攻取土地，進軍關中。和諸將相約，誰先進入函穀關平定關中，就讓誰在關中做王。
這時候，秦軍強大，常常乘著勝利的威勢追擊敗逃之敵，諸將中沒有人認為先入關是有利的事。隻有項羽恨秦軍打敗了項梁的軍隊，很激憤，願意和沛公一起西進入關。