過了一些時日，派出的三路漢軍陸續傳回捷報，已將三地平定，沒有折損太多兵馬，也沒有傷及百姓分毫。劉邦大喜，接著又問韓信下一步如何行動，韓信認為兵貴神速，遂立即揮兵進攻鹹陽。鹹陽守將趙賁聽說漢軍大舉來攻，慌忙指揮全城守軍登城禦敵，可是漢軍的進攻猛烈，鹹陽守軍又聽說過前方雍兵連連敗北的事，早就膽怯，今與漢軍廝殺，見漢軍勇猛得這樣可怕，更無戰意，激戰了一個時辰，漢軍便搶占城頭，並迅即打開城門，一舉克定鹹陽。趙賁率部衝突，死戰方得脫身。
破了鹹陽，漢軍前鋒馬不停蹄，速攻廢丘。但廢丘由章邯親自鎮守，漢軍前部久攻不下，隻能先行圍定不動。樊噲派人報與韓信，韓信便親領大軍開赴到來，他安營之後，即帶上數騎，到廢丘城外，環繞一周，細察此地的形勢，頓時有了破城之計。
回到大營，韓信即召集諸將到來，對眾人一一授以密計，眾將各自領計，分頭行動。章邯見漢兵圍城，不敢輕率，嚴令全軍日夜防守，留意漢兵的動靜。其子章平已經逃回廢丘，父子合力，使城防堅固。因此，漢軍在首次攻城失利之後，隻圍不動，章邯一時也不知道漢軍作何打算。
這一天夜裏，城中突然大噪起來，章邯父子因為提防漢軍，每夜在城上歇息，且不敢熟睡，一聽起哄聲，便即起床，披掛上身，趕去巡視情況。但是走到城上一看，但見城內的平地之上，水深數尺，不知這水究竟是從何而來。過了一陣，水勢更大，有如萬馬奔騰，不可遏止。
轉眼已漲到丈許，淹沒民居，死者不計其數。與此同時，城外喊聲大作，殺聲震天，使本已慌亂的守軍更加受驚，在城上爭相亂竄，不可收拾。章邯眼看如此情況，知道已不可能再守，急與章平一起，返回家中，召集老小，再召齊親兵將士，向北門走。北門水淺，由此打開城門，衝殺而出，往桃林逃去。
當章邯逃出城後，那水勢便徐徐退去。原來這場大水正是韓信的傑作。因為廢丘城兩麵環水，自西北向東南流，韓信讓眾將去壅住下流，使水不能順下，於是便泛濫成災，湧入城中。當時又正值秋季水漲，奔流湍急，單靠一座城牆，當然擋不住急流。章邯逃出後，漢軍開始將下流宣泄，水便退了。水退盡之後，漢軍便開入城中，安置百姓，然後再派一支人馬急追章邯父子。
章邯一行因有家小車仗，故行動遲緩，天亮之前，還沒到桃林，漢軍便已從後追上。已無退路的章邯，隻好率兵回身與漢軍死戰。雍兵又累又怕，所以支撐不住，被漢軍殺得人仰馬翻，隻有章邯父子浴血廝殺，全無怯意。但終究寡不敵眾，章平首先被漢軍將士砍了馬腿，從馬上摔下，漢兵一擁而上，將他生擒。章邯舞刀殺來，欲救兒子，卻被漢軍騎兵重重圍住，連殺數人，也不能衝出去。
這時的章邯已經殺得雙臂都酸軟了，也知道不可能突圍，想到自己若被生擒，遭人侮辱，倒不如引刀一快。於是他仰天大吼一聲，震住了那些想衝上來的漢軍，然後把刀往頸上一抹，自刎於陣中。
漢軍帶著章邯之屍及章平，勝利返回廢丘，韓信下令，處斬章平，並立即派使者報知劉邦。章邯一死，雍地便盡為漢軍所有。接著，漢軍分兵往攻翟、塞二王。
翟王董翳、塞王司馬欣都是章邯舊部，武勇與兵法都遠遠比不上章邯。章邯被困時，也曾派人去請二王發兵救援，可是二人擔心漢軍乘虛而入，便不敢發兵救雍王。當章邯敗亡的消息傳來，二人更是嚇破了膽。再加上關中百姓都深恨三秦王，又記掛當日漢王入關時善待百姓，約法三章的好處，當漢軍開始進軍時，百姓紛紛向漢兵歸降。各城池陸續被漢兵進占，董翳知道已不可挽回敗局，當即修了一封降書，派出使者到漢軍營中請降。韓信自然接受，不用動兵，便收複一國，何樂而不為。董翳一降，司馬欣更加孤立，也終於決定歸降。
經過四個月的時間，漢軍一舉平定三秦。這時，張耳西行入關，本欲援助三秦，哪知到關中時方知，三秦已被漢王平定，張耳便馬上改變主意，統率本部人馬，來投奔劉邦。張耳的名望很大，劉邦聽說張耳來投，十分高興，親自出迎。