鴻門宴以後，項羽指揮他的40萬大軍，浩浩蕩蕩開進鹹陽。他完全是以一個勝利者的身份進入鹹陽的，因此，進城後他恣意妄為，隨心所欲。一麵縱兵屠殺無辜的老百姓，處死秦王子嬰及其宗室，把府庫裏的珠寶和後宮中的美女皆據為己有，一麵肆意縱火焚燒秦宮。“楚人一炬，可憐焦土”，大火整整燒了三個月。項羽以毀滅一切的行為，對秦王朝施行報複。他根本就不考慮，秦統治者已經從政治舞台上銷聲匿跡了，秦王朝從老百姓那兒搜刮來的財富以及所有的建築設施都可為新王朝直接利用。項羽的愚蠢行為，充分反映出其政治上的短視和他僅僅能作為一介武夫存在的深層心理，文化和文明對他來說是多餘的。
經過一番毀滅性的燒殺以後，項羽心中鬱積的對秦王朝的憤恨終於發泄完了。於是，他決定帶著從秦宮室掠奪來的財貨美女返回關東（函穀關或潼關以東地區）。這時有個姓蔡的人向項羽獻計道：“關中是軍事要地，東有函穀關，南有武關，西有散關，北有蕭關，進可攻，退可守，戰略位置十分重要。加之土地肥沃，經濟發達，是成就霸業的好地方。”可項羽不這樣想，眼前的鹹陽已成焦土，富饒的關中也殘破不堪，景況跟以前大不一樣，如留在這兒需花費很大的氣力，才能重現原來的規模，加上內心希望回到關東去，因此，對蔡生的建議未加采納，並說道：“大富大貴以後不回故鄉，就如同穿了一件十分漂亮的衣服在夜裏走路，誰能看清你的漂亮衣服？”蔡生見項羽竟說出這麼一番話來，不由得慨歎道：“人們都說楚國人像獼猴，性情暴躁不定，不能久著冠帶，現在看來果真如此。項羽的霸主地位不可能久長。”這話傳到項羽耳中，項羽非常惱火，便派人把蔡生烹殺了。
項羽到鹹陽後，曾派部將趕到彭城（今江蘇徐州）向楚懷王彙報戰績及推翻秦王朝的經過，並征求楚懷王對分封天下的意見。懷王的回答是：“如約。”即堅持原先的誰先入鹹陽誰為關中王的盟約，這使得項羽大為不滿。本來項羽對懷王不讓他與劉邦一道西征就懷怨已久，現在懷王又要按既定方針讓劉邦做關中王，項羽更為惱怒。他對部將發牢騷說：“懷王是我叔父項梁所立，並沒有什麼功勞，他怎麼能做主。平定天下者是你們大家和我項羽，我們可以不聽他的。”接著，項羽佯尊懷王為義帝，自己則自稱西楚霸王，同時還分封了手下的一些將領。
在分封天下前，他對諸將發表了一通演說，說明為什麼要分封天下。他說：“當初大家起兵反秦時，為了爭取更多的人參加到起義軍的隊伍中來，我們擁立了原六國的後人為王。然後，真正披堅執銳，馳騁疆場奮勇拚殺，經過三年苦戰，最終推翻秦王朝的是我們大家。懷王在反秦鬥爭中並無一絲一毫的功績，因此，我們應該把全國的土地分給大家。”將領們見項羽說出這麼一番話來，很是受用，於是紛紛表示讚同。
接著，項羽把全國分成18個王國。
第一個受封的是劉邦。項羽、範增懷疑劉邦有爭奪天下的野心，雖然目前已經講和，但矛盾仍然存在。項羽既不想背上“負約”的惡名，又舍不得把富庶的關中分封給劉邦，最後商定：封劉邦為漢王，占巴、蜀、漢中（今陝西漢中）等地，都南鄭（今陝西西南部）。理由是漢中地區有不少秦移民，也算是關中的一部分。這樣做既不“負約”，又達到了自己的目的。巴、蜀一帶土地貧瘠，人煙稀少。巴蜀與關中之間的道路險阻，原是秦王朝流放犯人的地方。把劉邦擠到邊陲，在項羽、範增看來，就可以消除他與項羽爭奪天下的威脅。為了進一步防止劉邦自漢中起兵奪取關中，項羽將關中一分為三，分別分封了三個秦降將：章邯為雍王，占據鹹陽以西的地方，都廢丘（今陝西興平東南）；司馬欣秦時當過櫟陽獄掾，項梁犯法被關在櫟陽監獄中時，曾得到司馬欣的照顧，因此，出於感恩的目的，項羽封他為塞王，占據鹹陽以東的地方，都櫟陽（今陝西臨潼北渭水北岸）；董翳在勸說章邯投降時有功，被項羽封為翟王，占據上郡（今陝西榆林東南），都高奴（今陝北延安東北）。項羽認為，這三個人都是秦人，用秦人統治秦人比較合適。但他沒有想到，他在新安坑20萬秦降卒，已經在秦人心中埋下了仇恨的種子。秦人認為是這三個人出賣了他們的子弟，因此，他們恨不得生吃他們，哪還談得上支持。
依次分封的諸王為：
魏王豹為西魏王，據河東，都平陽（今山西臨汾西南）。
申陽為河南王，都洛陽（今河南洛陽西）。申陽是張耳的親信，他受張耳之命攻下河南郡後，在黃河邊上恭迎項羽，故得封賞。
韓王成為韓王，都陽翟（今河南禹縣）。
司馬印為殷王，王河內，都朝歌（今河南淇縣）。
改封趙王歇為代王，據代郡，都代（今河北蔚縣東北）。
張耳為常山王，據原趙地，都襄國（今河北邢台西南）。
英布為九江王，都六（今安徽六安縣）。
吳芮為衡山王，都邾（今湖北黃崗縣西北）。
義帝的柱國共敖為臨江王，都江陵（今湖北江陵）。
改封燕王韓廣為遼東王，都無終（今天津薊縣）。
燕將臧荼為燕王，都薊（今北京市西南）。
改封齊王田市為膠東王，都即墨（今山東平度東南）。
封齊將田都為齊王，都臨淄（今山東淄博市東北）。
封齊將田安為濟北王，都博陽（今山東泰安縣東南）。
封陳餘為南皮侯，封地為南皮（今河北省東南部、南運河東岸）周圍的三個縣。
封吳芮的大將梅鋁為十萬戶侯。
田榮因數負項梁，又不配合楚軍攻秦，忙於內訌，故不得封賞。
項羽自立為西楚霸王，王九郡，都彭城（今江蘇徐州）。
漢元年（前206年）四月，項羽分封天下完畢，即下令各諸侯王就國，他自己也帶著從秦宮掠奪來的珍寶、美女返回彭城。這時的項羽還沉浸在初為霸王的愉悅之中，他以為，他給了那麼多人以封地和王位，受封之人一定會對他感恩戴德。殊不知，由於他在分封時不是按功行賞，而完全是根據自己的好惡，隨心所欲地分封，因此，由分封所引發出的許多問題，很快便暴露了出來。
在對待義帝的問題上，項羽處置得很不恰當。懷王固然是項梁為號召更多的人投身到抗秦大業中來所設立的傀儡，但在項梁死後，懷王畢竟還是起到過一些作用的。當時，除懷王以外，沒有其他總指揮，懷王以總指揮的身份，部署兵力，並製定了北伐和西征的正確作戰方針。隻是由於懷王不讓項羽與劉邦一同西征，又讓他屈居於宋義之下率軍北伐，秦滅後，懷王仍堅持“如約”，讓劉邦為關中王，這才勾起了項羽對懷王的舊仇新恨。現在項羽分封天下，不能不給懷王一個位置，但絕不容忍懷王淩駕於自己之上。於是，佯尊懷王為義帝，其實是一個沒有任何實權的傀儡。不久，項羽又以“古來帝王占地千裏，必須居住在水的上遊”為借口，把義帝趕出反秦的總指揮部彭城，而遷至長沙郡的郴縣（今湖南省東南部）。那兒非常偏僻，讓義帝去那兒，無異於流放。義帝的生命曆程又走入了第二個低穀，並將永遠沉沒於低穀中，因為項羽怕他東山再起，在遷徙途中，即令吳芮和英布把他秘密殺害了。項羽是當殺的不殺，不當殺的卻濫殺。劉邦是應當殺的，他不殺，終至留下後患。義帝沒有兵權，沒有黨羽，讓他活著也不會有什麼威脅，但項羽卻把他殺了，終給劉邦以口實，使劉邦攻打項羽，就顯得師出有名了。本來，項羽可以把義帝留在彭城，挾天子以令諸侯，取得政治上的絕對優勢，但政治上非常幼稚的項羽卻沒有這麼做，失去了一個威加天下的好機會。從項羽的性格來看，他的這一做法不值得深究，值得深究的倒是像範增等一批謀士，為何見項羽采取愚蠢的行動而不加以勸阻。我們設想一下，如果劉邦處在項羽的位置上，也采取項羽的這一做法，張良、蕭何，甚至酈食其及周勃等人能無動於衷而不加以勸阻嗎？
曆史還有許多迷霧有待廓清，新安坑降卒，火燒鹹陽，把漢中給劉邦，加上殺義帝，這一係列行為都愚蠢得無以複加，是範增沒有勸阻呢，還是勸阻無效？這些都無法考究。倘若是第一種情況，那麼範增也是徒有虛名，他的自負也是沒有道理的。倘若是第二種情況，則越發證明，項羽在政治上的弱智。
在殺了義帝以後，項羽接著又采取了他的第二個血腥措施：殺韓王成。韓王成曾協助過劉邦西征，他的丞相張良又隨劉邦入關，並出謀劃策，為劉邦先行進入鹹陽立下了大功。項羽因痛恨劉邦而殃及韓王成。他雖然仍然封韓王成為韓王，但以他無功為由，不讓他就國，而是把他帶到彭城，先廢為侯，不久又把他秘密處死。其實這是毫無道理的，既然真痛恨劉邦，就應拿劉邦開刀，何必要找一個無辜的替罪羊。項羽的這一行為，充分表現出他的沒有骨氣。這一行為的另一結局就是把足智多謀的張良，永遠推到了劉邦的身邊。