（一）背信棄義
楚漢議和後，西楚霸王項羽率十萬楚軍向東楚地撤軍。劉邦也欲西返。
但是，正當劉邦打算率軍西返之時，張良、陳平卻建議撕毀鴻溝和議，趁楚軍疲師東返之機，自其背後發動偷襲。劉邦說：“我與楚已經講和，項羽也已經回去了，我還留在這兒幹什麼。”
張良、陳平異口同聲地說：“臣等請大王議和，隻為救太公、夫人。今太公、夫人安然無恙地回來了，正好趁機攻打楚軍，更何況我們已經占了大半個天下，四方諸侯又多投效，項羽疲憊糧絕，眾叛親離，氣數已盡，如果任由他東歸而不乘勝追擊，則後患無窮！”
於是，劉邦采納二人建議，遂背約，向楚軍突然發起戰略追擊。劉邦約集韓信、彭越南下，共同合圍楚軍。
公元前202年10月，劉邦親率二十多萬大軍追擊十萬楚軍至固陵（今河南太康）。但此時，韓、彭二人沒有一個出兵配合劉邦。項羽知道劉邦背信棄義後大怒，於清晨在此地發動突然反擊，斬殺漢軍近兩萬餘人，再次將漢軍擊敗。劉邦慌忙率軍退入陳下，並築起堡壘堅守不出，而楚軍又一次合圍了劉邦。
張良建議劉邦，將陳以東直到大海的大片領土封給齊王韓信；睢陽以北至穀城封給彭越。這樣，劉邦以加封土地為報酬，終於搬動了韓、彭二人，使他們揮軍南下，同時命令劉賈率軍聯合英布北上，五路大軍共同發動對項羽的最後合圍，垓下之戰隨之開始。
齊王韓信親率三十萬大軍從齊地南下，占領楚都彭城和今天蘇北、皖北、豫東等廣大地區，兵鋒直指楚軍側背，自東向西夾擊項羽；漢將劉賈率軍數萬會同九江王英布（此時英布已經叛楚投漢）合兵十萬，自淮北出發，從西南方發動對楚地的進攻，先克壽春，再攻下城父，並且將此軍民全部屠盡；梁王彭越率軍數萬從梁地出發，先南下後西進，與劉邦本部軍共同逼楚軍後退；而鎮守楚軍南線的楚將大司馬周殷卻在此時叛楚，屠滅六縣，再與英布、劉賈會師，隨後北上合擊項羽，同時，得到關中兵丁補充的劉邦則率本部軍二十多萬出固陵東進。
漢軍五路大軍，合計近七十萬之眾，形成從西、北、西南、東北四麵合圍楚軍之勢，項羽被迫率十萬楚軍向垓下後撤。
（二）兵困垓下
劉邦、韓信、劉賈、彭越、英布等五路大軍於垓下，基本完成了對十萬楚軍的合圍。
當時的情況，楚軍處於絕對的劣勢：
其一，西楚國位於長江以北的全部土地均已失陷，十萬楚軍成為絕對的孤軍；
其二，楚軍缺糧已經幾個月，士兵饑餓，軍隊根本沒有半點補給；
其三，漢軍聯兵約七十萬，且精力飽滿、糧食充足、士氣旺盛，而項羽孤軍十萬，連續久戰疲憊，決戰之時已是冬天，而楚軍剛從廣武前線上撤下來，未經補給，多穿著夏秋季的裝備，寒冷饑餓，士氣潰散；
其四，漢軍分五路有秩序地推進，先占楚土，再行合圍，步步為營，層層包圍，楚軍難以發動突然性的反攻；
其五，楚軍離江東五郡距離遙遠，即使衝破包圍圈，也很難在漢軍的追擊下及時回到己方領土，可以說是“突圍無效”。
就是在這樣一種情況之下，韓信三十萬主力與劉邦本部軍二十多萬合兵一股，排出五座連陣，向垓下困守的十萬楚軍發起了最後的進攻！
韓信率主力大軍五六十萬，排出了這樣一個陣型：韓信親率三十萬大軍居中，為前鋒主力；將軍孔熙率數萬漢軍為左翼；陳賀率領數萬漢軍為右翼；劉邦率本部主力尾隨韓信軍跟進，將軍周勃率軍斷後。
而對於楚軍而言，目前的情況既不能守，也不能退，後勤斷絕、無糧而守，無異於坐以待斃，等死！
就這樣，戰鬥打響了。
韓信率五陣大軍先行向楚軍發動挑釁性進攻。項羽立刻率十萬楚軍發動中央突破作戰，矛頭直指韓信本部。項羽親自率軍出擊，衝鋒在前，楚軍以騎兵在前、步兵在後隨其衝鋒。漢軍接戰，前陣立刻被擊潰。韓信立刻命令大軍後撤，以三十萬大軍為屏障掩護指揮部和劉邦的十萬人馬向後退去。漢軍且戰且退，楚軍則是繼續孤注一擲地瘋狂突擊，項羽本人更是一馬當先，衝鋒速度之快以至將十萬楚軍將士統統甩在了後麵，楚軍騎兵沒有一人能趕上。一路上，漢軍如烏雲一般層層疊疊，一眼望去，滿山遍野。項羽率十萬將士猛打猛攻，連破漢軍數道防線，三十萬大軍潰散一半多，一路之上無人可擋，直殺向韓信本人。
當韓信以前陣為屏障，掩護劉邦軍回撤退避的同時，孔熙、陳賀所率的左右兩軍也自楚軍左右兩側進行著迂回機動，其目的是為了節製楚軍進攻側翼、分離楚軍騎兵與步兵之間的配合，牽製楚軍的進攻。
經過半日廝殺，楚軍破軍無數，韓信的前軍幾乎被打成了廢渣，但項羽依然沒能突入漢軍指揮部，韓信不斷地向後退卻，始終沒有出現在項羽麵前。而項羽過於猛烈的衝鋒，卻明顯拉開了軍隊前後的距離。