公元前209年七月。陈胜、吴广带领戍卒们“斩木为兵，揭竿为旗”，揭开了秦末农民大起义的序幕。陈胜、吴广起义不久，六国旧贵族便乘机起兵，成为农民起义军的“同盟军”。他们与贫苦农民反暴政反压迫不同，他们企图恢复旧国，恢复失去的荣华富贵。当时实力最强的是楚国大将项燕之子项梁与其侄子项羽所率的起义军。为争取楚地民众的支持，项梁在盱台（今江苏盱眙县东北）拥立楚怀王之孙为王，也称楚怀王。
在泗水郡沛县有一个亭长，姓刘、名邦，字季，出身农家，性格豁达，为人大度，不喜欢生产，喜欢交朋友，人缘极好。公元前209年九月，刘邦在沛县小吏萧何、曹参等人的拥戴下，召集了几百人响应陈胜、吴广起义。不久投奔同在楚地、影响力较大的义军项梁，共立楚怀王，被楚庄王任为澎郡长，封武安候。
起义开始后，项梁在取得一系列胜利，开始骄傲轻敌。公元前208年，在定陶战役中，秦军上将军章邯打败并*死项梁，楚军损失惨重，章邯认为楚地已不足忧，于是渡过黄河与增援的王离军20万人汇合，一起攻打赵国，大败赵军。赵王歇，相国张耳，逃进巨鹿城。章邯命令王离、涉间包围了钜鹿。
无奈之下赵王歇只好向各诸侯求援，各诸侯派兵援助，但秦军太强大，增援的诸侯军驻扎在巨鹿城北不敢出战。楚怀王也在彭城召开会议，决定兵分两路：一路以宋义为上将军，项羽为副将，范增为末将率几万楚军北上救赵；另一路则由刘邦率领，向西挺进，直攻关中，会上还当众约定，两路大军谁先进入关中，就立谁为关中王。
宋义率领的援赵大军行至安阳（今河南安阳西南）后，宋义因畏敌而驻足46天不敢向前，项羽一怒之下，*死宋义。怀王只好封项羽为上将军，并令英布和蒲将军归项羽指挥。12月，项羽率军抵达黄河南岸，先遣英布、蒲将军引军2万渡河救赵，取得小胜后，项羽亲率全军渡河，命士卒每人只带3天的口粮，然后破釜沉舟，以示血战到底的决心。秦、楚两军在巨鹿激战多次，秦军大败，秦将王离被俘，楚军歼灭秦军40余万人，秦军主力丧失殆尽。项羽自持功劳最大，各诸侯军都听从项羽调遣，实力雄厚。
与此同时，刘邦率另一只楚军亦转战于河南，招降纳叛，屡破秦军，先行进入关中接受秦王子婴投降。同时废除秦朝苛政，实行“约法三章”，关中百姓非常拥护，按照楚怀王“先入定关中者王之”的约定，刘邦于称王于关中。项羽认为自己功劳最大，却被刘邦抢先入关，十分生气，便率各路诸侯40万大军准备入关。刘邦派军队守住函谷关，不就就被英布军队攻破，项羽军队入驻新丰鸿门（今陕西临潼关），意图消灭刘邦军。刘邦军队不足10万人，自料不抵，于是还军灞上，竭力收买项羽的叔父项伯为其讲情，并亲赴鸿门谢罪，以示诚意，并表示愿意归顺，本来准备在宴席上*死刘邦的决心动摇了，放走了刘邦。
接着项羽入驻咸阳城，*死降王子婴，放火焚烧皇宫。此时韩生劝谏项羽在关中称王，像秦始皇一样统一全国，项羽却说“富贵不归乡，如衣绣夜行，谁知之者”，更可笑的是竟然把劝谏的韩生烹*了，至此失去了定都关中的良好抉择，这也可以看出项羽没有华夏帝王气魄。
占领咸阳后，项羽上书楚怀王封赏功臣，怀王回复“如约”。项羽大怒，不遵从楚怀王之命，自主分封。项羽尊楚怀王为义王，册封18个诸侯王，自己割梁楚九郡自为王，号“西楚霸王”。而将各国的肥沃土地封给自己的亲信。项羽的这一措施引起各王的强烈不满。
封刘邦为汉王，将巴、蜀之地封与刘邦。又将关中地区分为三部，封秦降将章邯、司马欣、董翦分别为雍王、塞王、翟王，合称“三秦”，企图通过他们控制关中，将刘邦困锁在汉中巴蜀地区。
刘邦采纳萧何建议，采取隐忍态度，屈就汉王封号，招贤纳士以图天下，同时确定了收用巴蜀，还定三秦，向东以争天下的方略。刘邦去汉途中烧毁所过栈道，防止诸侯军偷袭，并借此表示无东向之意。到汉中以后，刘邦拜韩信为上将军，训练士率，为东归做好准备。刘邦还派兵一任褒谷、斜谷佯修栈道，而自己亲率大军偷越过陈仓，突然回袭关中。塞王司马欣、翟王董翳兵败投降；雍王章邯被围，不久自*，关中全部落入刘邦之手。从此，刘邦以关中为基地，开始与项羽逐鹿中原。
公元前205年，项羽出兵伐齐，彭城空虚，刘邦乘机平定关中，留萧何经营，自率大军东进伐楚，三月到大止洛阳，为义帝发丧，遍告诸侯“愿从诸侯王击楚之*义帝者”。常山、河南、韩、魏、殷五王起兵响应，由刘邦统率，合计56万人，向楚都彭城进发，彭越率众3万来归，刘邦拜其为魏相国，令其率部平定梁地。刘邦则率兵于四月攻下彭城。刘邦一时骄傲起来，每日置洒高会。项羽听说彭城失守，留其部将驻守齐地，而自率精兵3万回夺彭城。楚、汉两军一任彭城灵壁东的睢水交战，汉兵大败，死伤众多，“睢水为之不流”。刘邦只率领数十骑狼狈逃走，退守荥阳、一成皋之间。项羽派人到沛县，抓专刘邦的父亲和妻子作为人质。于是诸侯又背汉亲楚，形势大变。幸亏萧何及时调发关中老弱兵力，汉军才得以重整旗鼓。
公元前203年，楚、汉两军在广武对峙达数月之久，刘邦取敖仓的粮食，补给充足。而项羽则受韩信、彭越的牵制，粮食匮乏，形势十分不利。项羽为使刘邦撤兵，于军中架起高台，绑上刘邦的父亲和妻子，对刘邦说：“如不速速退兵，休怪我烹*你的父亲。”刘邦说：“我与你曾结为兄弟，我父就是你父，若一定要烹*你的父亲，请分我一杯羮。”项羽大怒，要烹*刘太公，被项伯劝阻。项羽自知无法久持，被迫与刘邦订立和约，楚、汉双方以荥阳东南的鸿沟为界，将天下一分为二，鸿沟以西归汉，以东则属楚。项羽送归刘邦的父亲和妻子后，率兵东归。
楚汉鸿沟划界后，项羽自以为从此占据半壁江山，可高枕无忧了。刘邦听从张良、陈平之计而毁约，联络各地诸侯王灭楚，同时亲率大军追击项羽。此时诸侯多叛楚归汉，刘邦在楚汉之争中占据优势地位。当项羽屯兵垓下（今安徽灵壁东南），兵少食尽，被韩信率军重重包围，称“十面埋伏”。项羽乘黑夜率800余骑突围。天明，汉军发觉，以5000骑追赶项羽。最项羽逃至乌江，自知无力回天，遂自刎而亡。
