公元前206年四月，項羽在得到楚懷王的同意後，自立爲西楚霸王，並分封劉邦、章邯等十八個諸侯王，並命他們各自前往封國，但由於利益分配不均，諸王心中不滿，但迫於項羽威名，只好忍氣吞聲接受封號，於四月各自領兵返回封地。
項羽在還都彭城途中，派遣將士逼迫楚懷王熊心徙往郴縣，熊心無奈只得前往，但左右羣臣，依戀故鄉，怨聲載道，未肯速徙。項羽大怒，暗令九江王英布、衡山王吳芮、臨江王共敖，於途中將義帝擊殺。
同年五月，齊國貴族後裔田榮不滿分封，趕走齊王，殺膠東王，自立爲齊王，並授彭越將軍印，令其在樑國舊地反楚。同時又與劉邦相約，共同起事，聯手反楚。
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八月，劉邦用韓信計策，從古道回軍，襲擊雍王章邯，章邯兵敗被圍於廢丘。同時劉邦派兵四出略地，盡收三秦之地。
面對齊、樑兩地的反叛，項羽率軍前往平亂，聽聞劉邦已定關中，極爲震怒，封鄭昌爲韓王，派其前往阻擋劉邦，令蕭公角阻擊彭越。於是張良僞作韓王書給項羽：“漢王失職，欲得關中，如約即止，不敢東。”又僞作齊王、樑王書給項羽，說齊王準本和樑王齊心協力滅掉楚國，於是項羽放鬆了對劉邦的戒備，親自率兵北上，討伐田榮。
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公元前205年，劉邦在平定三秦後，準備東出與項羽爭天下，在行至洛陽新城時，新城三老董公(三老是鄉里掌管教化的小官)等擋在劉邦馬前訴說義帝的死亡經過，並對其提出"兵出無名，事故不成"的建議，於是劉邦令三軍爲義帝發喪，縞素三日。發檄文佈告全國，指斥項羽弒君，大逆不道，頓時天下諸侯羣起響應，劉邦得各路大軍，共計五十六萬人，並乘項羽深陷於齊國，無力抽身的機會，率領諸侯聯軍一舉攻佔彭城，至此拉開了楚漢之爭的序幕。
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此時，項羽陷入了前所未有的危機之中，在面臨背腹受敵與兵力懸殊的險惡環境下，項羽充分展示了其軍事才華，他命令部將留下繼續攻齊，自己則率精騎三萬回襲彭城，在擊破樊噲等軍後，連夜抵達肖縣，並在拂曉時，向漢軍側背進攻，戰至中午便大破漢軍。面對項羽的突然襲擊，聯軍無法組織有效的抵抗，自相踐踏，亂作一團，被項羽軍於彭城近郊斬殺10餘萬人。
劉邦率軍潰逃，項羽從後追擊，至靈壁以東的睢水上，再斬殺漢軍10餘萬人。劉邦軍逃入睢水，溺死者不計其數，“睢水爲之不流”。項羽正欲將其殘部聚殲之際，忽然大風驟起，一時間飛沙走石，天昏地暗，劉邦趁此機會，僅帶10餘名騎兵突圍而逃，此戰以漢爲首的反楚聯盟幾乎全軍覆沒。
