刘邦率领的起义军，很快发展成人的队伍，在丰邑（今江苏丰县）和薛县（今山东滕县南）一带，曾先后两次击败泗水郡的秦军。就在这时，刘邦的部将雍齿怀有贰心，竟以丰邑叛降周市，刘邦闻讯立即还军，却未能攻取丰邑。眼前的事实表明：孤军奋战，难有作为。而且当时全国起义的形势，已经发生变化，陈胜的起义军在荥阳失利，不久陈胜被杀，全国的起义高潮遭受挫折，刘邦认为孤军奋战，难有作为，于是决定联合项梁起义军共同作战。

前年月，刘邦攻取武关，又挥师绕过关，越过蒉山，在蓝田（今陕西蓝田）大败秦军，形成兵临咸阳的局面。前年月，刘邦率军到达灞上，秦王子婴投降，秦王朝在农民起义浪潮中瓦解了。

秦王朝灭亡之后，形势发生急剧变化，以刘邦、项羽为代表的两支政治势力，为争夺农民起义的胜利果实，开始长达四年的战争。这就是楚汉战争。

刘邦进入咸阳后，萧何首先接收秦丞相府的重要图籍，有利于掌握全国战略要地、户口及各地的经济情况。接着，在张良和樊哙的劝说下，刘邦封闭秦的府库财物，而且还军灞上。同时，他还召集关中父老豪杰，宣布“约法三章”：“杀人者死，伤人及盗抵罪。余悉除去。”这些措施赢得了民心，为他后来击败项羽、重建封建王朝产生了深远的影响。

与此相反，项羽进入关中，烧杀掠夺，大失民心。前年月，项羽击败秦军主力后，率万大军进入函谷关，驻军于戏（今陕西渭南西南），以优势的兵力与刘邦形成对峙的局面。当时刘邦处于劣势，不得不亲自到鸿门言和，双方导演了一场惊心动魄的鸿门宴。项羽的谋臣范增主张击杀刘邦，免得留下后患，但项羽没有听从。刘邦在张良、樊哙的帮助下，顺利地逃回霸上。

于是，项羽率军进入咸阳，杀子婴，烧秦的宫室，大火三月不灭。接着，他又分封个诸侯王，自立为西楚霸王，建都于彭城。又封刘邦为汉王，管辖巴、蜀、汉中等地。项羽的所作所为，使关中人民大失所望。由于分封不公，又引起诸侯王的不满。刘邦因项羽毁约，更是怒不可遏，在萧何等人的劝说下，才勉强去汉中就国。

刘邦到达汉中，一面以巴、蜀为根据地，收取租赋，为军队提供粮食；一面在汉中招贤纳才，准备东进。后来成为灭楚的主将韩信，就是这时被刘邦破格拜为大将的。韩信没有辜负刘邦的信任，为刘邦提出一整套灭楚的策略。前年月，刘邦依从韩信之计，果然出故道，一举攻取“三秦”，重新占领关中，拉开东进灭楚的序幕。之后，他利用项羽在城阳与田荣会战之机，从临晋（今陕西大荔东）渡黄河，击败魏王豹，夺取河内（今河南武涉西南）。又针对项羽放杀义帝，号召诸侯王讨伐项羽。前年月，刘邦率诸侯兵万攻楚，占领楚郡彭城。正当他在彭城庆功的时候，项羽乘其不备，率精兵万人夺回彭城。汉军死伤无数，刘邦只带数十骑逃跑，他的父亲及妻子成了楚军的俘虏。

这年月，刘邦收集余部，退至荥阳固守。当时许多诸侯正相继反汉投楚，楚汉在荥阳、成皋一带相持达两年之久。

为了打破这种相持的局面，刘邦大力经营关中，使之成为支援战争的稳固后方。