漢高帝五年(公元前202年)，漢高祖發兵向項羽發動總攻，在垓下把項羽軍團團包圍。此時，十萬楚軍已兵疲糧盡，士氣低落。夜間又聽到漢軍在四面唱起了楚歌。項羽大爲吃鶭，便借酒澆愁，慷慨悲涼地唱道：“力拔山兮氣蓋世，時不利兮騅不逝。騅不逝兮可奈何干，虞兮虞兮若奈何?”唱罷飛身上馬，帶領八百騎突圍南去。來到東城(今安徽定遠東南)，只剩28人。他想東渡烏江重整旗鼓，又覺無顏見江東父老，奮力拚殺一陣，遂橫劍自刎而死，年僅31歲。漢王劉邦以魯公禮葬項羽於谷城(今湖北省襄樊市谷城縣)。
項羽是一位超羣的軍事統帥。他能征善戰，戰場上豪氣蓋世，叱吒風雲。鉅鹿之戰，項羽破釜沉舟，以寡擊衆，全殲秦軍主力，客觀上爲漢高祖進入咸陽，推翻秦朝創造了條件。楚漢戰爭中，破田榮，救彭成，救滎陽，奪成皋，一生大戰數十次，多獲勝利。所以，古人稱他「有百戰百勝之才」(蘇洵嘉佑集?項籍)。
然而，項羽又是一位悲劇式的人物。秦朝滅亡後，他自稱霸王，忙於分封諸侯，扶持六國貴族的殘餘勢力，違背了人民要求統一的願望，造成了混亂割據的局面。他行爲殘暴，坑殺秦降卒二十萬餘。
入關後，火燒秦宮，大火三月不息。他燒殺虜掠的暴行，違背了人民的意志，是他戰敗的根本原因。項羽自恃武功以威懾諸侯，缺乏遠見，不爭取同盟。又妒賢嫉能，不能用人，招致衆叛親離，軍心渙散。軍事上，他缺少戰略家的眼光，剛愎自用，不納良言。
以致屢失戰機，沒有鞏固的後方基地，沒有充足的糧餉和兵源，雖然屢戰屢勝，反而由盛而衰。所以，雖然項羽具有傑出的軍事指揮才能，最終也難以避免失敗。
