漢三年（公元前204年），韓信提出他的作戰方略：“北舉燕、趙，東擊齊，南絕楚糧道，西與大王會於滎陽。”劉邦給了他三萬人，使與張耳率兵越過太行山，攻擊趙國。趙以二十萬大軍，扼守井陘口，準備與韓信決戰。趙謀士李左車認為，韓信涉西河，虜魏豹，擒夏說，乘勝遠鬥，鋒銳不可當。他想利用井陘的有利地形，製伏韓信。他獻策說：“今井陘之道，車不能方軌，騎不能成列，行數百裏，看形勢糧食必在其後。願大王借臣奇兵三萬人，從中間之道絕了韓信的輜重，大王隻要深溝高壘，堅守軍營不要與其發生戰爭。他前不能鬥，退又退不得，我用奇兵絕了他的後路，使他在野外找不到糧食吃，不出十日，韓信、張耳必敗無疑。”成安君陳餘則認為，韓信以少數兵力遠征，士卒疲憊，不堪一擊。他傲氣十足，以一時之勇不用詐謀奇計，輕易地拒絕了李左車的建議。
韓信遣人探知趙不用李左車之謀，即刻進兵，至井陘口三十裏，停止前進。選輕騎二千人，各持一赤旗，埋伏在趙營側後。任務是待趙兵傾巢而出，進擊漢軍時，闖入趙營，拔掉趙旗，插上漢的赤旗。為了誘使趙軍出營決戰，韓信故意背水列陣，把將卒布置在綿蔓水東岸的微水村，擺出易受攻擊的陣形。然後，他親自率軍出井陘口。趙軍見韓信軍至，出營狙擊。經過一陣激戰，韓信佯敗，丟旗棄鼓，向綿蔓水後退。背水列陣，向來為兵家之大忌。所以，趙王歇、成安君陳餘誤認為韓信不懂軍法，見他後退，便下令追擊。趙軍傾巢出動，爭搶旗鼓，一味前進。韓信埋伏的二千人，乘機占領趙營，拔掉趙旗，插上漢的赤旗。韓信與綿蔓水的將卒會合後，被置於死地的漢軍，拚死戰鬥，勇猛異常。趙軍見取勝無望，準備退回，但見營寨一片赤旗，頓時倉皇潰逃。韓信軍前後夾擊，追至泜水，全殲趙軍，俘趙王歇，斬成安君陳餘。
敗趙後，韓信立即下令：不準殺害李左車，並且高價懸賞，生得李左車者予千金。後李左車被捆來時，韓信親自為其鬆綁，東向坐，西向對，向他請教攻燕伐齊的策略。李左車分析了韓信軍的長處與短處後，提出了和平取燕的良策。後韓信用李左車之計策，未發一兵一卒，燕國便歸降了。
在韓信節節勝利之時，劉邦卻被項羽困在成皋。他和滕公從北門逃出，渡黃河，到脩武。韓信再次把精兵交給他。劉邦得到韓信的軍隊，才又重新振作起來。
韓信收“趙兵未發者”及劉邦挑選剩下的士卒，東進擊齊。乘齊守備懈怠，韓信一舉破齊曆下軍，奪取齊都臨菑。齊王田廣逃到高密，求楚救援。項羽遣龍且率軍救齊。人們勸龍且堅壁清野，令齊王發使招所亡城郭，逼使漢軍不戰而降。龍且自恃有大兵二十萬，齊將田間也將二十萬，所以就傲慢起來，遂與韓信夾濰水對陣。韓信軍居水西，龍且軍居水東。韓信夜遣人以沙袋萬餘截斷水流。然後，引軍渡河，剛過一半，佯敗而還。龍且高興地說：“我就知道韓信已經膽怯了。”遂追而渡水。龍且軍剛渡近半，韓信使人撤去沙袋，大水驟至，把龍且軍分成兩半。渡過河的龍且軍，人數並不比韓信軍隊少，但是由於被分割，將士恐慌，韓信輕易地擊敗了渡河的楚軍，殺了龍且，未渡河的楚軍驚慌逃散。韓信乘勝追擊，至城陽，全殲楚軍，虜齊王田廣和守將田光。又敗齊相田橫於嬴下，殺齊將田既於膠東，遂定齊地。但是，齊田氏仍在抵抗。
漢四年（公元前203年），韓信以“齊偽詐多變，反覆之國，南邊楚，若不用王以鎮之，其勢不定”為由，遣人申請作假齊王。劉邦拆書，大怒，罵道：“我困在這裏，而你還要在那裏稱王！”張良、陳平急踢他的腳，並咬耳說：“現在能阻止韓信為王嗎？不如善待之，使其守齊。不然，生變，後果不堪設想。”劉邦醒悟，改口說：“大丈夫定諸侯，即為真王耳，何以假為？”就這樣，劉邦違心地遣張良拜韓信為真齊王。
漢五年（公元前202年），韓信率兵赴垓下，參加楚漢最後的決戰。當時，項羽所剩兵力約十萬人。由於“楚戰士無不一以當十”，戰鬥力仍然很強。漢軍的陣勢排列是：韓信將三十萬自當之，孔將軍居左，費將軍居右，是第一線。劉邦在後，是第二線。周勃、柴將軍在劉邦後，是第三線。戰鬥開始，韓信佯敗。項羽追擊，孔、費二將從兩側出擊，楚不利。韓信殺回馬槍，大敗楚軍。第二、第三線未動，楚軍便被打垮。項羽喪失了再戰的信心，被迫突圍，至烏江自刎，楚漢戰爭結束。