二世元年（前209），各地英雄紧随陈胜、吴广之后纷纷举起了反抗暴秦的起义大旗。各路起义军尊原楚怀王的孙子熊心为共同的领袖，在其名下兵分多路，讨伐暴秦。刘邦和项羽分别率领的起义队伍是抗秦的两大主力。当秦朝在义军的汹涌气势中灭亡，以项羽和刘邦分别率领的“楚”与“汉”两大义军势力又卷入争夺天下的战火中。
刘邦入关
二世三年（前207），项羽率起义军破釜沉舟、背水一战，在巨鹿大败秦军，消灭了秦朝最主要的军事力量，直接动摇了秦朝的统治基础。早在二世二年（前208）楚怀王就派刘邦率领大军西征伐秦，并与诸将约定，谁先入关亡秦就封谁为王。
第二年，刘邦率领大军行至昌邑（今山东金乡西北），遇到了在那里起事的彭越，二人合力攻昌邑而未下，于是绕过昌邑进攻高阳（今河南杞县西南）。在高阳，刘邦得到了一个得力的谋士，这便是老儒生郦食其。他建议刘邦先攻打陈留，并自告奋勇主动去劝降陈留县令，因而刘邦不费吹灰之力得了陈留。
取得陈留之后，刘邦继续西进，攻开封未下，转战白马（今河南滑县东）、曲遇（今河南中牟东），大破秦军。此后刘邦又攻颍阳，获大胜。此时韩国人张良也在颍阳一带活动，率兵投奔而来。二人合力，很快又攻下秦军的数十座城池。刘邦早先就折服于张良非凡的才能，这次相遇便想把他留在身边，于是跟韩王成要人，让张良随自己西进伐秦。
刘邦、张良攻下南阳郡，郡守逃到宛城（今河南南阳），据守不出。刘邦见宛城易守难攻，便绕过西进，后经张良劝阻，又秘密潜回，把宛城围得里外三层、密不透风。宛域郡守的部下陈恢出城与刘邦商讨投降事宜，他说：“宛城的官员认为投降必死无疑，所以负城死守。您如果要强行攻下宛城的话，势必损失不少兵力，影响您西进攻秦。但如果您绕过宛城向西挺进的话，宛城的秦军肯定会紧随其后，让您腹背受敌。最好的方法是您接受宛城官员的投降后，封赏他们，让他们留守宛城，您也可以从降卒中挑选精兵强将，充实自己，再图西进。后面的秦国诸城如果听说投降不但可以不死，还可以封侯，肯定个个争开城门恭候您的大驾。”刘邦听后大喜，马上下令封宛城郡守为殷侯，封陈恢为千户。此后刘邦进攻各城，果然争相投降，刘邦兵不血刃，畅通无阻地一连收下几座城市。
刘邦的军队纪律严明，所过之处不准士兵烧杀劫掠，他又体恤百姓，帮百姓重修水利，恢复生产。秦地百姓受暴秦虐待已久，突然碰到一位如此仁慈的将军，都欣喜万分，纷纷倒向刘邦。而刘邦也多次恩威并用，诱降将士，招抚百姓，不断壮大自己的实力。
接着，刘邦准备进攻武关。他采用张良的计策，让郦食其和陆贾带着大批财宝贿赂守关将士，然后趁其松懈之时发动突然袭击，一举攻下了武关。武关被攻破后，咸阳只剩下崤关最后这一道屏障了。崤关和武关一样，皆属易守难攻之地，刘邦又听从张良的建议，故伎重演，攻打武关的计策在崤关再次上演，很快崤关也被攻破。至此，进军咸阳已是一片坦途了。
起义军开入咸阳，将士们被咸阳宫殿的豪华奢侈惊呆了，如恶虎扑食般扑向珍宝异器。刘邦看到数不清的宫女、犬马和一大堆的奇珍异宝，便想留下来安享富贵。樊哙劝谏，他毫不理会。张良对刘邦说道：“秦朝暴虐无度，您才会兴兵伐秦来到这里。您是为民除害，就不应该在这里享受暴秦的声色犬马。您如果真要这么做，和暴秦有什么不同呢？良药苦口，忠言逆耳，您要三思啊。”刘邦于是打消享乐的念头，封秦府库，还军灞上（今陕西西安东南）。
不久刘邦把百姓召集在一起，对他们说：“大家都吃够了暴秦的苦头。楚怀王曾与各路诸侯约定，谁先入关谁就可以在关中称王。现在我应该在关中称王了，为此我与各位父老约法三章：杀人者死，伤人及盗抵罪。其余秦的酷法一律废除。我这次来是为民除害的，现在屯军灞上，只是等各路诸侯到齐，一起商讨处理灭秦后的事宜。请大家不要害怕。”秦地百姓听刘邦这样说，都惊喜异常，他们争相拿出好酒好菜犒劳刘邦的军队，希望刘邦能在关中长期称王。
称王汉中
刘邦入关后大获人心，他听信一名部下的劝说，派兵守住函谷关，不让诸侯各军进入，企图将关中据为己有，长期称王于此。公元前206年，项羽坑杀了秦将章邯的20万降卒之后，率兵直奔函谷关而来，遭到阻击。知道是刘邦的军队后，他勃然大怒，下令消灭刘邦派来的阻击队伍，强行入关，急行至咸阳郊外，驻军鸿门（今陕西临潼县东项王营村），与屯兵灞上的刘邦相距仅40里。楚汉对立由此开始，也可以说是楚汉相争的前奏。当时项羽拥兵40万，号称百万，而且他在巨鹿大败秦军，不少诸侯依附于他，势力强大，而刘邦只有10万军队。两军对峙，刘邦自知不是项羽的对手，于是在鸿门宴上对项羽低声下气，一再强调没有称王关中的野心。项羽自恃功高，骄傲自大，很快对刘邦解除戒心，以至当亚父范增数次暗示其杀掉刘邦时，皆不予理会。鸿门宴上刘邦保得一命，而项羽则错过了一个除掉劲敌、称霸天下的绝好机会，因为日后和他争夺天下的人正是刘邦。
鸿门宴后，项羽的军队进入咸阳。项羽本为楚国贵族之后，痛恨楚国为秦国所灭，故此次进入秦都咸阳，他命人杀掉秦王子婴，捣毁骊山陵墓，洗劫秦宫，而后一把火烧掉了阿房宫。项羽在秦地粗暴残忍的行为成为他日后被刘邦指责攻击的话柄，也令秦地的百姓对他大失所望。
火烧秦宫后，项羽将楚怀王迁往长沙郡的彬县，尊为义帝，随后又指使人将他害死。他鼓动诸侯分封天下，并立刘邦为汉王，定都南郑。刘邦梦寐以求的关中地区被一分为三，分别封给秦的三个降将：雍王章邯、塞王司马欣和翟王董翳。项羽则自立为西楚霸王，定都彭城（今徐州）。项羽不让刘邦称王关中，是怕他强大起来，与自己一争天下。如今项羽手握重兵，自以为普天之下无人能与之抗衡，俨然以天下王者自居。
刘邦没有当上关中王，便欲发兵攻打项羽，但他的部下萧何劝阻道：“如今您兵力不如项羽强大，攻打楚军无异于以卵击石。我劝大王还是忍辱负重，先立足汉中，招贤纳士，储备物资，充分准备之后再挥师东进。那时汉王可以汉中为给养之地，力平三秦（关中），夺取天下。”刘邦叹了口气说：“好吧。”
力平三秦，收复关中
进入汉中，刘邦立即开始整编军队，招纳贤才，储备物资，扩充实力。在这一时期他起用了一个重要人物—韩信。此人是日后楚汉战争中关系双方胜负的举足轻重的人物。韩信是淮阴人，自幼家贫，无所事事，经常在别人家混饭吃，曾受人胯下之辱。他长大后先后投靠在项梁、项羽的帐下，但都未被重用。失望之余改投刘邦。起初刘邦也没有发现他的才能，不肯重用，后来萧何对刘邦说：“您欲称霸天下，非用此人不可！”经萧何几次推荐，刘邦才拜韩信为大将军。从此韩信卓越的军事才能便如涌泉般滔滔流出。他向刘邦分析天下大势，指出平定三秦是东进攻打项羽的前提，并为进军三秦做了详细而具体的部署。刘备此时对韩信已佩服得五体投地，委以重任。
公元前206年七月，田荣、彭越起兵反叛项羽，刘邦趁此机会，采用韩信“明修栈道，暗渡陈仓”的计策，大张旗鼓地修复栈道，以吸引三秦的注意力，迷惑对方。八月，刘邦秘密组织汉军迅速开往陈仓，对陈仓发起突然袭击。雍王章邯调集军队仓惶迎击。无奈刘邦、韩信是经过周密部署有备而来的，全军密切配合、势如破竹。塞王司马欣、翟王董翳、河南王申阳先后投降刘邦。雍王章邯顽固死守，最后也被汉军攻下。刘邦为收买人心，以分封为条件诱降，同时下令在攻下的属地为百姓修整河道，恢复生产，并开放秦朝时的皇家苑囿供百姓耕种和渔猎采集。刘邦以武力开道，继以安抚人心为保证，牢牢控制了关中地区。
落败彭城
项羽听说刘邦攻占三秦，急忙发兵前来讨伐，但被汉军拒于关外。此时又传来齐国、赵国联合反叛的消息，项羽大怒，不知是该留在此地攻打刘邦，还是班师向东问罪于齐、赵。这时张良给项羽写了一封信，信中说：“刘邦不满于做汉王，出兵三秦只是想称王关中而已。此时他的目的达到了，不会再东进。”接着又加了一句：“齐、赵联手才是冲着您来的！”项羽轻信了张良的话，量刘邦也不敢东进攻击他这个西楚霸王，于是军锋由西转东直扑齐、赵而去。支走项羽，刘邦于公元前205年初出关东进，一路胜仗，直打到洛阳。在洛阳他采纳洛阳三老董公的计策，为义帝发丧，目的是把项羽的罪行昭告天下，以使自己的东征计划师出有名，让天下人都来对付项羽。自项羽在函谷关消灭刘邦的军队以来，楚汉对立虽已开始，但未正式反目。此次刘邦为义帝发丧，将项羽置于万众之矢的靶子上，是对项羽的正式宣战，楚汉战争随即进入高潮，日益明朗而白热化。
同年四月，刘邦趁项羽平定齐、赵叛乱的空子，一举攻入项羽的都城—彭城。刘邦见胜利来得容易，以为天下之势就此而定，于是忘乎所以起来，只顾饮酒作乐。待项羽率军杀回，刘邦落败而逃，惶惶如丧家之犬。此次汉军因刘邦的一时糊涂遭受重挫，许多诸侯又纷纷倒向项羽。
再败荥阳
五月，刘邦到达荥阳，诸路兵败的队伍也汇集于此。刘邦整编军队，补充兵力，同时不拘一格起用人才，挫败了项羽欲攻下荥阳以图西进的打算。此时大将韩信率领的部分汉军轻取魏国，挥兵北上攻打赵国，经过井陉关一战后，韩信灭掉了赵国。尔后采用原赵国谋士李左车的计策，不费一兵一卒即降服了燕国。韩信先后平魏灭赵，劝降燕国，使汉军的势力得到加强，彭城一战所造成的颓势正逐渐扭转，形势开始有利于刘邦了。
驻军荥阳后，刘邦的大军与项羽展开了拉锯战。汉军的军需用品大部分是通过河道运输的，而项羽屡次率兵抢夺物资，导致汉军粮草匮乏。韩信又在远地无法支援，刘邦无奈之下想和项羽讲和，平分天下。项羽听从范增的建议断然拒绝，加紧攻打荥阳，想一举歼灭汉军。正面无力和项羽交锋，刘邦的部下陈平建议刘邦离间项羽和范增二人的关系，以剪除掉项羽身边的得力谋士。项羽有勇无谋，全靠范增在一旁指点辅佐，此次范增让他拒绝讲和正是点中了汉军的死穴，不除范增，是汉军的一大威胁。汉军的离间计划很成功，范增果然被项羽逼走，暴病死于途中。范增走后，项羽更加疯狂地进攻荥阳，刘邦抵挡不住，只好在部将的掩护下，轻骑逃出荥阳，进入关中地区，为再次东进攻打项羽做准备。
成皋之战
刘邦第二次出关，出兵宛、叶一带。项羽听说，便率军南下，而刘邦却只守不战，任凭楚军在城外叫嚣。此时郦食其提醒刘邦应攻打齐国，以扰乱楚军后方，把楚军的兵力分散。刘邦于是派郦食其到齐国劝降。正当郦食其的劝降计划即将成功之时，韩信征服燕国渡黄河直扑齐国而来。齐王以为郦食其劝降是假，便将其烹杀了。韩信明知刘邦已派郦食其劝降齐国了，为何还兴兵而来、让郦食其被杀呢？原来有人提醒韩信，攻城夺寨之功应属堂堂带兵将军，如何能让一个老儒生抢了这份荣耀呢？韩信心动，率兵而来。汉军在齐国频频告捷，于公元前203年全部平定齐国全境。韩信一连帮刘邦攻下魏、赵、燕、齐四国，一跃成为叱咤风云、威震四海的大将军，天下无人不知。项羽意识到韩信在他和刘邦之间的微妙作用：韩在楚则项羽胜，韩在汉则刘邦胜。于是他派武涉劝韩信反叛刘邦。韩信感念刘邦的知遇之恩，谢绝了武涉的劝说。但他也自恃功高，向刘邦邀功请赏，刘邦不得已封他为齐王。
刘邦出兵宛、叶一带后，与英布会合，此时英布已反叛项羽归属刘邦，二人集合兵力，入守成皋。项羽率兵围攻成皋，刘邦抵挡不了项羽的兵势，败走修武（今河南西北部）。汉军无法正面抗击楚军，刘邦派兵袭击项羽后方，以调走项羽的大部兵力。项羽就是这么轻敌，他留下楚军大司马曹咎留守成皋，自己率军平定后方去了。待到项羽归来，成皋又已被刘邦攻下了。汉军听说项羽到来，派部分人马留守成皋，其余则撤退到离广武不远的险要之地。而项羽见成皋已在汉军手中，便率兵返回，在广武驻扎下来，与汉军对峙。项羽的兵势强大，汉军在准备未充分之时不与其正面作战。而项羽则天天派人到汉军城下呐喊挑战，汉军不为所动。项羽久攻汉军未克，粮食短缺，楚军终于尝到了饿肚子的滋味。项羽走投无路，以烹杀刘邦父亲为要挟，此计也未奏效。
霸王别姬
汉军见楚军处于弱势，而刘邦的父亲、妻子还在项羽手中，于是派人和楚军议和平分天下。若不是楚军被粮草所困，凭项羽的心高气傲是无论如何也不会答应的，但处于困境，项羽还是答应了刘邦的议和要求，并放回刘邦的父亲刘太公和妻子吕雉。项羽退回自己的地盘，刘邦也准备率兵西归。正当此时，谋士张良和陈平提醒他说：“大王不趁楚军疲惫之时消灭他们，难道要等他们来消灭您吗？现在放走他们，是‘养虎自遗患’啊！大王不如趁胜追击，定能一战而定天下！”刘邦觉得有理，便采纳了这一建议。
公元前202年，刘邦把韩信、彭越最想得到的封地分封给了他们二人。汉军与楚军在固陵会战。韩信之师威猛无比，除项羽外无人能及。项羽迎战韩信的军队已经倾尽全力了，又怎能有余力迎战刘邦、彭越的大军呢？在汉军的三面攻击之下，项羽全线崩溃，退至垓下，在垓下被汉军团团围住。
项羽几次突围均未成功，士兵折损了不少，军粮已所剩无几，境况十分凄惨。刘邦料定项羽已是强弩之末，无需强攻，便派人在楚营四周唱起楚歌。伤感的楚歌传遍楚军军营，那些跟随项羽渡江北上，欲轰轰烈烈干一番事业的江东子弟们，一听到家乡的歌谣，不禁思家念母，纷纷落泪，不多久楚营上下一片啜泣之声。项羽在帐营中也听到了楚歌，他回想这几年自己东征西战，威震天下，眼看霸业将成，无奈造化弄人，竟被刘邦逼上绝路。感慨之下，项羽拔剑而歌：“力拔山兮气盖世，时不利兮骓不逝。骓不逝兮奈若何，虞姬虞姬奈若何！”骓是项羽最爱的一匹良驹，虞姬是项羽最宠爱的妃子。歌罢，项羽热血沸腾，心想道：“我项羽堂堂大男子汉，只能战死决不能投降。我一定要杀出重围！”项羽振剑一呼对将士们说：“我要让你们看看刘邦是不是真能将我杀死！”项羽大吼一声，冲向汉军。人在绝境之中的力量是大得惊人的，汉军几名士兵很快倒在项羽的剑下。楚军的部分士兵也随项羽而动，冒死与汉军相拼。项羽不愧为少有的勇猛之人，居然能在人墙之中杀出一条血路，逃到了江边。那里已有楚地的小舟在接应，船夫劝项羽赶快登舟过江，回到江东再图大业。项羽是一个热血男儿，当初带领江东子弟出来建功立业是何等威风，今日只剩下他一个人，他无脸再见江东父老。即使江东父老不怨恨他，依然尊他为王，他也无法接受他们的可怜和同情。天地悠悠，无项羽的立身之地，盖世英雄项羽拔剑自刎于乌江江畔。
项羽一死，天下无人能和刘邦匹敌，刘邦很快平地各部诸侯，统一中国，建立大汉王朝，历史翻开了新的一页。