刘邦率军乘胜追击，与秦军大战于霸上，大败秦军，驻军霸上兵10万。公元前207年10月，秦王子婴素车白马降刘邦，秦朝灭亡，大胜。刘邦起兵3年多时间，大小战役超过20次，战平数次，胜仗16次，歼灭秦军超过30万。【刘邦在楚汉战争指挥的战役】《出汉中定三秦》公元前206年8月，用韩信之计“明修栈道暗度陈仓”，韩信帅兵暗度陈仓，刘邦帅兵从故栈道进军。
章邯在陈仓（宝鸡）迎战韩信，刘邦率军攻取雍地，一胜；章邯败走废丘，韩信围废丘，刘邦攻取咸阳，派将四处征战，两胜。《刘邦东进，出关收河南》公元前205年1月，刘邦东进，塞王司马欣、翟王董翳、河南王申阳都投降了，韩王昌不听旨意，命令韩信（韩王信）击破韩王昌，立韩太尉信为韩王，历史上称“韩王信”，俘虏庸王章邯的弟弟章平，大赦罪人。
五胜。3月，刘邦东出魏王豹从，攻克河内，俘虏殷王，置河内郡。向南渡过平阴津，到达洛阳，洛阳万民称项羽把义帝楚怀王杀害了，刘邦发布《讨项羽檄文》，列举项羽十大罪状。《彭城之战》刘邦和韩信在商丘分兵，韩信和齐、赵、代兵30万（虚数，齐兵10几万与楚军战）佯攻齐地，刘邦和五路诸侯兵26万（实数）进攻项羽都城老巢彭城，彭城10万守军不战而逃，刘邦进入彭城。
项羽攻齐主力30万，听说彭城失守，遂与龙且分兵。龙且率10余万楚军与齐兵对峙，项羽以20万兵救援彭城，沿途收集彭城10万败兵，共有楚军30万。项羽以3万骑兵冲锋，步兵跟进掩杀，刘邦军大意不能敌，大败；韩信兵不至，刘邦遂败退荥阳。《荥阳会战》公元前205年4月，韩信兵至彭城，刘邦军已败，韩信遂率军与刘邦荥阳会合，在京索之间阻击了一下楚军。
天下诸侯复叛刘邦，刘邦命樊哙、曹参、周勃灌废丘，章邯自杀，萧何守卫关中根据地，命张耳、韩信率10几万精锐汉军攻取魏、赵、代，刘邦以10几万老弱汉军守卫荥阳，吸引项羽30万楚军主力，减轻张耳、韩信开辟第二战场。荥阳会战整整打了一年零三个月，小的战役几十次。公元前204年6月，张耳、韩信已经平定赵地，刘邦命韩信救援荥阳，韩信借口楚军游击队骚扰赵地，没有及时率军援救荥阳，荥阳粮尽城破，纪信假扮刘邦出东门，刘邦出南门逃亡，纪信替刘邦死。
刘邦第二次败给项羽。《成皋战役》荥阳失守后，刘邦辗转宛叶过成皋，与夏侯婴单车闯韩信军营，夺取韩信军权，张耳、韩信正在睡觉。刘邦再一次原谅了韩信进兵迟缓之罪，将韩信兵一分为三，命张耳守赵地，韩信率军东进平原，刘邦率军发动成皋战役。 公元前204年8月，成皋战役正式打响。陈平以千金对项羽实施“离间计”，项羽怀疑范增，范增死在回彭城的路上。
卢绾、刘贾攻取了成皋周围的17座城池，项羽军失利，彭越2万人袭击项羽粮道，项羽假借打彭越回彭城搬兵，把锅甩给了塞王司马欣、翟王董翳。刘邦渡过汜水攻占成皋，司马欣、董翳自杀。成皋战役，刘邦完胜项羽。《广武会战亦称第二次荥阳会战》公元前204年11月，项羽从彭城搬来援军，在广武一线向刘邦发动进攻，韩信驻扎在平原一带练兵。
广武之战楚汉双方“势均力敌”，双方对峙了八个多月，汉军就食于敖仓，楚军从彭城地区运粮，彭越骚扰楚军粮道。刘邦见韩信久久不攻齐地，就派郦食其说齐国，连下齐地七十余城。韩信听从蒯通之计，突然从平原向齐地进军，齐王就烹煮了郦食其，韩信的反心彻底暴露。公元前203年6月，萧何从关中向刘邦送来新兵和粮饷，项羽楚军缺乏粮食供应，刘邦对楚军发动总攻，项羽的广武防线崩溃，刘邦夺取广武一线，再次攻克了荥阳，刘邦第二次完败了项羽，项羽退守到鸿沟一线，刘邦追击至鸿沟和项羽楚军对峙二月余。
项羽像强盗一样，用烹煮刘邦之父、杀害刘邦家属来威胁刘邦，刘邦为了救出自己的父亲妻子女儿，不得已和项羽签订《鸿沟协议》，楚汉以鸿沟为界各自罢兵。《第二次彭城战役》张良劝说刘邦鸿沟协议是不平等条约，绝对不能把项羽放虎归山，刘邦率军追击项羽，发动了第二次彭城战役，战役分成三个组成部分：“固陵之战”、“阳夏之战”、“彭城之战”，第二次彭城战役时间长达整整一年多，于公元前202年9月结束，项羽丢弃彭城向江东方向撤退，败退到垓下。
刘邦追击项羽到固陵，用三个月时间攻克了固陵，项羽率楚军向彭城方向败退，刘邦率军追击，项羽立即杀了个回马枪，企图决战刘邦，刘邦遵从“穷寇莫战”的兵家原理，立即撤退到固陵城坚守不出，项羽只好再往阳夏败退。韩信在齐地打败龙且。刘邦尾随追击项羽，首先攻占了“陈”地，断绝了项羽和齐地龙且的联系，项羽败退到阳夏，刘邦不给项羽喘息的机会，用三个月时间攻克了阳夏。
