刘邦依计约到项伯，说明自己并无称王野心，并于项伯约成儿女亲家。项伯当天夜里就返回了军营，他对项羽说：“因为沛公先行进入关中，为我们扫除了入关的障碍，我们这才能顺利地通过函谷关，沛公是有功劳的人，我们不应该猜疑他，应该真诚相待。”项羽听了，便决定不再进攻刘邦。

第二天，刘邦来到了项羽的军营，只带了樊哙、张良和一百名精锐亲兵。到了项羽的大帐鸿门，当面向迎接他的项羽赔礼道歉。项羽请刘邦入内赴宴，项羽的亚父范增，一直主张杀掉刘邦，在酒宴上，一再示意项羽发令，但项羽却犹豫不决，默然不应。于是范增就叫项庄舞剑，名义上为酒宴助兴，趁机杀掉刘邦，项伯为保护刘邦，也拔剑起舞，掩护了刘邦，结果项庒没有成功。这时刘邦发现事情不妙，借故去上厕所离开，逃回了大营。这就是成语“项庄舞剑，意在沛公”和“鸿门宴”的由来。

不久，项羽入咸阳，烧阿房宫、杀秦王嬴子婴，表面上尊楚怀王为义帝，实际却将其发配到了江南，自立为西楚霸王，定都彭城(今江苏省徐州市)，同时分封十八个诸侯，封刘邦为汉王，领巴蜀及汉中地，并故意封秦降将章邯、司马欣、董翳(意)为雍王、塞王、翟王，领关中地，以扼制刘邦。刘邦只好忍气吞声接受封号，于四月领兵入汉中、并烧毁栈道(用木板架在悬崖上铺成的道路)，表示再也无意出兵，以麻痹项籍。项羽亦率军东归。五、六月，齐国贵族后裔田荣不满分封，赶走齐王，杀胶东王，自立为齐王。刘邦乘乱重返关中，击败章邯，迫降司马欣、董翳，并用计欺骗项羽，使其相信自己取得关中后已心满意足，再也不会东进了。项籍放心去攻打田荣，对西边没有防范。十月，刘邦挥军东出，拜韩信为大将，明修栈道，暗渡陈仓 (今陕西省宝鸡市东) ，名为义帝发丧，派人联络诸侯，公开声讨项羽，拉开了楚汉战争的序幕。

公元前205 年 四月，刘邦乘项羽在齐国停留的机会，率领诸侯联军56万一举攻占彭城。项羽闻之，急率精兵3万奔袭，歼灭联军30余万，刘邦仅率数十骑逃脱，反楚联盟瓦解。五月，刘邦到达荥阳，击败了楚军的追兵，得以端息，稳住了阵脚，遂重整军队，依托关中基地和有利地势，准备与项羽长期抗争。六月，刘邦派兵攻废丘，迫章邯自杀，解除了后顾之忧；派人说服英布反楚，联络彭越扰楚后方；派韩信开辟北方战场，攻魏俘魏王豹，破代，灭赵杀陈余。