當劉邦大軍在鹹陽安民的時候，項羽率領的諸侯軍沿黃河一路西進，也逼近到函穀關附近。函穀關在今天的河南省靈寶縣西南，東自崤山，西至潼津，山中間裂成一穀道，兩邊是懸崖絕壁，即使是猿猴也不能攀越，人走在穀中，就像被關在盒子中一樣，所以叫函穀關。秦人在此設立了關城，控製人員出入。這一條狹窄的穀道是中原人進入關中最便捷的通道，其重要性可想而知。
劉邦軍中頓時充滿了山雨欲來風滿樓的緊張氣氛，大家都知道劉邦雖然搶先入關，但是他的軍隊若要和項羽的聯軍對抗，就好比以卵擊石。況且，項羽率領的群雄和眾多將領，早就虎視眈眈，都想在秦亡後分得一杯羹。此時，有人向劉邦進言說：“關中非常富裕，地勢易守難攻，聽說項羽把關中封給了降將章邯，如果讓他們進來，您就保不住關中了。最好趕快派兵把守函穀關，再征調關中之兵做後援，不讓項羽大軍進關。”劉邦聽從了這個建議，派兵固守函穀關，下令封閉關門，不許任何人出入。
項羽大軍將要到達函穀關前，得到先鋒部隊情報：關門緊閉，關上豎立著劉邦的旗幟。守關將領還向他們宣布劉邦的命令：不許項羽及諸侯大軍入關。項羽憤怒了，他認為狡詐的劉邦已經背叛了他。憤怒的項羽馬上下令，讓英布用武力奪取函穀關。以英布之勇，函穀關很快被攻破。把守函穀關的曹無傷因對沛公不滿，所以在關破之後不僅沒有及時向劉邦報告，而且馬上派密使去鴻門見項羽，告訴他說：“沛公打算在關中稱王，還要用子嬰做丞相，並且把鹹陽珍寶都據為了己有。”
破關之後，項羽帶領大軍駐紮在鴻門。謀士範增早就看準了諸侯中，隻有劉邦能成為項羽的勁敵，若按懷王之約，讓先入關的劉邦做關中王，就會後患無窮，因此正好借機除掉他。於是趁機進言：“沛公在山東的時候，貪財好色人人皆知。這次進入關中，不取財物，不近女色，足見此人誌向不小。我曾命人觀望他那邊的雲氣，都顯示出龍虎的形狀，出現五彩，這是天子之氣啊！應該趕快進攻他，不要錯過了時機！”項羽於是下令：“明天一早好好慰勞士兵，偷襲劉邦部隊！”
楚國左尹項伯是項羽的叔叔，同時也是張良的摯友，當年殺人之後曾蒙張良收留。項伯想要報張良的救命之恩，於是快馬加鞭趕到霸上，找到張良和盤托出了項羽的計劃，要張良趕緊隨自己逃生。張良很冷靜：“我奉韓王之命追隨沛公，這樣偷偷逃走實屬不義，容我去向沛公辭行。”說罷起身，項伯隻好坐在營帳中等候張良歸來。
張良於是進見沛公，和盤說出此事。沛公大驚，張良問：“是誰給沛公出的主意，讓您封閉函穀關，這是非常危險的事。”劉邦馬上承認錯誤，並向張良問計。張良說：“沛公您的士卒能抵擋住項羽的兵力並能和他抗衡嗎？”沛公沉默了一會兒，道：“肯定不如他，那該怎麼辦？”張良說：“請您親自去見項伯，向他解釋您不敢背叛項王。”沛公有點兒不放心：“你和項伯原來就有交情嗎？”張良說：“在秦的時候，項伯曾經殺人，是我救了他。現在事情緊急，所以才來告訴我。”沛公問：“他和你誰年紀大？”張良說：“他比我大。”沛公說：請你替我把他請來，我會用兄長之禮對他。“張良出來再三邀請項伯，項伯無奈就進去見沛公。沛公劉邦手捧酒杯向項伯敬酒祝福，並與他約定結為親家，之後解釋說：我進入關中，連毫毛般微小的東西都不敢沾邊，隻是登記官民，封存府庫，等待項羽將軍的到來。之所以派將領把守函穀關，是為了防備有其他盜賊進入和發生異常情況。我日日夜夜盼望著將軍駕臨，哪裏敢謀反啊！希望您能把我不敢忘恩的情況詳盡地告訴項將軍。”項伯答應下來，隨後對沛公說：請您明天早晨親自來鴻門謝罪。沛公說：好吧。
項伯連夜趕回軍中，把沛公之言報告項羽，又說：“要不是劉邦先攻下關中，您又怎麼能進來呀！現在沛公有這麼大的功勞我們卻要打他是不義啊，不如我們就此好好對待他。”
項羽本來就沒把劉邦放在眼裏，不相信他敢背叛自己，聽項伯一說就相信了，隨後問項伯該怎麼辦。項伯說：“沛公答應明天一早來向大王請罪，大王不妨向天下諸侯顯示一下您的寬容。”項羽當即決定停止明天的偷襲行動，改為舉辦慶功宴，同時請諸侯和將領共同參加。
第二天一早，劉邦帶領100多名隨從到達鴻門，拜見項羽，首先謝罪說：“我和將軍合力攻打秦國，將軍在黃河以北作戰，我在黃河以南作戰，我自己也沒有料想到能夠先入關打敗秦國，在這裏再次看到將軍您。現在有小人從中編造謠言，而使將軍和我有了隔閡……”劉邦這樣一解釋，項羽很受用，馬上說：“這是你的左司馬曹無傷說的，不然的話，我怎麼會這麼生氣呢？”項羽隨後傳令賜宴，款待劉邦等人。
宴會上，項羽、項伯麵向東坐；亞父範增麵向南坐；劉邦麵向北坐；張良麵向西陪坐。酒喝得差不多了，範增多次使眼色給項羽，並舉起自己的玉佩向項羽示意，項羽假裝沒看見，依舊推杯換盞，談笑風生。
範增急得坐不住了，起身出去召來項莊，對他說：“項王為人心腸太軟，不忍下手。你進去上前祝酒，之後請求舞劍助興，趁機把劉邦擊倒在座位上，殺掉他。不然的話，以後你們都將被他俘虜！”項莊聽命而行，進來祝酒說：“君王和沛公飲酒，軍營裏沒有什麼可以用來娛樂的，請讓我舞劍助興吧。”項羽說：“好。”項莊就拔出劍舞起來，漸漸靠近劉邦，眼神露出殺機。項伯見狀不好，也拔出劍與他對舞起來，並常常像鳥兒張開翅膀一樣掩護劉邦，項莊始終得不到機會來刺殺劉邦。
張良到軍門外召見樊噲。樊噲劈頭就問：“今天裏麵的情況怎樣？”張良說：“非常危急！現在項莊拔劍起舞，他的用意分明在沛公身上。”樊噲說：“這太緊迫了！請讓我進去守衛在沛公身旁，竭力保護他。”樊噲就帶著劍和盾牌進入營帳。樊噲進去後，揭開帷幕麵向西站立，瞪眼看著項羽，頭發直豎起來，眼眶都要裂開了。項羽手握劍柄跪直身子說：“客人是幹什麼的？”張良說：“他是沛公的參乘樊噲。”項羽說：“壯士！賞他一杯酒。”樊噲拜謝，站著一口氣把酒喝幹。項羽說：“賞給他一隻豬腿。”左右的人就給他端上一隻半生的豬腿。樊噲把盾牌反扣在地上，把豬腿放在盾牌上，拔出劍切著吃起來。
項羽說：“壯士！能再喝杯酒嗎？”樊噲說：“我死尚且不怕，一杯酒還值得推辭嗎？秦王有像虎狼一樣凶狠的心腸，殺人唯恐不能殺盡，處罰人唯恐不能用盡酷刑，因此天下百姓都背叛了他。楚懷王曾經和諸將約定：先打敗秦軍進入鹹陽的人為關中王。現在沛公先打敗秦軍進入鹹陽，封閉了宮室，一絲一毫都不敢占有動用，退軍駐紮在霸上，以等待大王的到來。沛公特意派遣將士把守函穀關的原因，是為了防備盜賊進入和其他意外。像這樣勞苦功高的人，沒有封侯的賞賜，卻聽信小人讒言，要殺有功之臣，這是步亡秦的後塵啊！我私下認為大王不應該采取這樣的做法。”
大家見樊噲當麵指責項羽，都以為項羽一定不會饒過他，沒想到項羽卻喜歡他的大膽直率，隻是說：“壯士坐下吧。”樊噲便挨著張良坐下。過了一會兒，劉邦怕項羽不放過他，又怕範增再設計殺害他，就起身假裝上廁所，離座出外，暗示樊噲等人跟他出去。劉邦出外不久，張良、樊噲等人也都跟了出來，項羽看他們都出去了，就派都尉陳平去請劉邦回座。劉邦哪裏肯回去，幾個人聚到一起繼續商量。劉邦說：“剛才出來沒有告辭，就這樣一走了之，不太好吧？”“做大事不必顧慮細枝末節，大禮不必講究小的謙讓。現在人家正像切肉的刀和砧板，我們是魚和肉，人家要宰割我們，我們還講究什麼禮節呢？”樊噲口裏埋怨著，催促劉邦快走。劉邦決定不告而別，隻留下張良向項羽道歉。
張良問道：“大王來時帶些什麼禮物？”劉邦說：“我拿來一對白玉璧，準備獻給項王；一對玉酒杯，要送給範增。正趕上他們發怒，不敢獻上去，你替我獻給他們吧。”張良說：“遵命。”劉邦臨走前對張良說：“從這條路到軍營不過20裏罷了。你估計我到了軍營，再進去見項王。”劉邦於是丟下隨從的車輛、人馬，獨自一人騎著戰馬，帶著持劍拿盾徒步奔跑的樊噲、夏侯嬰、靳強、紀信4人，一起順著驪山腳下，抄小路逃走。
劉邦走後，張良估計他們已經回到軍中了，就進去辭謝說：“沛公不能多喝酒，已經醉了，不能前來告辭。叫我奉上白玉璧一對，敬獻給大王；玉杯一雙，敬獻給大將軍。”項羽說：“沛公在哪裏？”張良說：“聽說大王有意責備，他脫身獨自離開了，已經回到軍中。”項羽就接受了白玉璧，放到座位上，這時才後悔不該放走劉邦，心裏很不是滋味。範增接過玉杯，丟在地上，拔出劍砍碎，歎息道：“唉！這小子不值得和他共謀大業！奪走項王天下的人一定是沛公，我們這些人總有一天會成為他的俘虜！”
沛公回到霸上，第一件事就是殺了挑撥離間的曹無傷，剪除了內部的隱患，加強了內部團結。不久，張良帶著隨從也回來了。鴻門宴上項羽沒能殺了劉邦，劉邦撿回一命，但是也付出了很大的代價：放棄首先入關的功勞，承認項羽是亡秦第一有功之人，並有資格分配一切利益。
“鴻門宴”一詞在後世被用作比喻“不懷好意的筵席”。“項莊舞劍，意在沛公”以及“人為刀俎，我為魚肉”皆成為名句。它標誌著秦末農民起義中風雲人物之一項羽悲劇命運的開端，是秦末農民戰爭的重要轉折，是劉項兩大勢力急遽變化的關鍵。