项羽在没有办法的情况下，只能分出一部分兵力，放在九江战场上，以致于减轻了荥阳、成皋的压力。同时，刘邦为了增强这里的力量，把英布的军队补充到了成皋。彭越的军队，不停地在楚军的后方进行骚扰战，不仅攻下了靠近楚都彭城的下邳（今江苏省邳县），还一连攻下了梁地十七座城池，迫使项羽几次掉转头来回击彭越。
荥阳、成皋的主战场上，开始时，项羽比刘邦强大得多。楚、汉双方你争我夺，互有胜败。刘邦由弱变强，日益壮大，开始掌握战争的主动权，而楚军由于战线太长，力量日益削弱，开始处于被动地位。
汉王四年十月，汜水一战，汉军大胜，成皋楚军全军覆没。
至此，荥阳、成皋的争夺战结束了，楚、汉相争进入了新的阶段。
3.刘邦毁约
和谈之后，项羽开始带兵返回楚都彭城。不料，刘邦突然撕毁了和平协议，跨过鸿沟，开始追击楚军。
项羽愤怒了，命令部队在固陵驻扎等候刘邦。随后，刘邦率兵赶到，两军就在这里对决。
项羽身先士卒，杀得汉军死伤无数，幸好周勃的军队赶来，拼死抵挡楚军的进攻，才掩护刘邦逃进附近的阳夏城内。项羽下令紧攻阳夏城。
刘邦听从张良的建议，封韩信、彭越和英布为王并赐地，以便得到他们的支持。
韩信很快亲率大军由临淄南下，彭越也率大部队由昌邑出发，打算截断项羽返回彭城的后路，而英布则率兵北上，打算从南方夹击项羽。
项羽久攻未果，军队缺粮，又听到汉军还有几路大军前来围攻，于是急忙下令东撤。但是由于回彭城的路已被彭越截断，楚军只好退到了垓下。
4.围攻垓下
汉五年十二月，刘邦、韩信、刘贾、彭越和英布等大军对楚军从四面发动进攻，尤其是东线和西线都是汉军的主力。各进攻部队铺天盖地围攻垓下。数百平方公里的平原上，都成了楚汉决战的战场，韩信30万主力与刘邦本部军20多万合兵一股，排出五座连阵，向盘踞于垓下困守的十万楚军发起了最后的进攻！
韩信亲率30万大军为前锋主力，将军孔熙率军数万为左翼，陈贺率军数万为右翼，刘邦率本部主力尾随韩信军跟进，周勃率军断后。
当时，楚军的形势非常不利：
第一，西楚国位于长江以北的土地全部失陷，十万楚军成为孤军；第二，楚军几个月内完全没有粮食补给，士兵寒冷饥饿，士气溃散；第三，汉军大约有七十万，且精力饱满、粮食充足、士气旺盛；第四，楚军离江东五郡距离遥远，很难在汉军的追击下及时回到领土。
当时，两军主帅都非常清楚，楚军除了突击之外别无他法。于是，韩信故意将自己的指挥部设在三十万大军所组成的数道铁墙的最后方，后面紧挨着刘邦本部十几万大军，最后面是周勃军，同时左右方各有孔熙、陈贺两个大阵配合。
韩信先向楚军发动挑衅性进攻。项羽亲自率军出击，骑兵在前，步兵紧随其后。韩信立刻命令大军后撤。汉军且战且退，楚军则是孤注一掷地疯狂突击，直杀向韩信。
当韩信以前阵为屏障掩护刘邦军回撤退避的同时，孔熙和陈贺所率的两军也自楚军左右两侧进行着迂回机动，威胁楚军侧翼。
经过半日厮杀，项羽没能突破汉军阵线，韩信则一直向后退却。
项羽的军队由于冲锋过于猛烈，以至于明显拉开了军队前后的距离。楚军队形越来越散，越拉越长，渐渐失去了紧密的队形和互相的配合。
战至下午，汉军终于完成了对楚军的前后夹击。汉军左右军随之投入了对楚军后方侧翼的进攻，迅速合围了落在后面的楚军步兵。
楚军将士殊死抵抗，两军官兵绞斗在一起，陷入交战状态。楚军步兵和骑兵一分两半，其攻势随之被迁制。项羽没有办法，只好率残存骑兵回师救援步兵。
随后，韩信组织数十万汉军向项羽和楚军前锋骑兵发起了前后夹击。
项羽见势不妙，立即率全军向反方向突围，冲开汉左、右军的包围，退回营中。这次战争，楚军阵亡四万余人，被俘两万，被打散两万，只剩不到两万伤兵随项羽退回阵中。
后来，韩信率领全军彻底包围了楚军大营，没有给项羽收拢散兵的机会。
5.决战东城
项羽到东城的时候，只剩下28个骑兵了，而追击的汉军骑兵有几千人。
项羽估计自己这回不能逃脱了，于是对手下骑兵说：“我从起兵打仗到现在已经八年了，亲身经历七十余次战斗，从没有失败过，所以才称霸天下。但是今天我却被困在这里，这是上天要我灭亡，不是我用兵打仗的失误。我今天要决一死战，定要打胜三次，为各位突出重围，斩杀汉将，砍倒帅旗，让各位知道这是上天要亡我，不是我用兵打仗的失误。”
项羽把他的随从朝着四个方向分为四队，对他的骑兵说：“我再为你们斩杀一将。”随之，他命令四队骑兵一起向下冲击，约定在山的东面分三处集合。
项羽大声呼喝向下直冲，汉军全部溃败逃散，果然斩杀了汉军一员大将。
项羽与他的骑兵在约定的三处会合。汉军不知道项羽在哪一处，便把军队分成三部分，重新包围上来。
这时，项羽突然冲出来，又斩杀了汉军的一个都尉，杀死百余人。
项羽再一次集合他的骑兵，发现只损失了两个人，便问他的随骑道：“怎么样？”
骑兵们都佩服地说：“真像您说的那样！”
悲剧英雄的历史结局
1.乌江自刎，尸归何处
乌江亭长对项羽说：“江东虽小，但土地纵横各有一千里，民众有几十万，足够您称王。现在只有我这儿有船，大王快快渡江，如果等汉军到了，就没法渡过了。”
项羽笑了笑说：“上天要灭亡我，我还渡乌江干什么！再说我和江东子弟八千人渡江西征，如今没有一个人回来，即使江东父老兄弟怜爱我让我做王，我又有什么脸面去见他们？我项籍心中有愧啊！”
于是他对亭长说：“我骑着这匹马征战了五年，所向无敌，曾经日行千里，我不忍心杀掉它，把它送给您吧。”
然后，项羽命令骑兵全部下马步行，手持短兵器与追兵交战。
项羽身上负伤十几处，一个人杀掉了汉军几百人。
项王看见汉军骑司马吕马童，说：“你不是我的老相识吗？我听说汉王用黄金千斤，封邑万户悬赏我的脑袋，我就把这份好处送你吧！”说完，项羽自刎而死。
随后，王翳拿下项羽的头，其他骑兵争相践踏和争抢项羽的躯体。最后，郎中骑将杨喜，骑司马吕马童，郎中吕胜、杨武各争得项羽的一个肢体。同时他们把项羽的土地分成五块，吕马童为中水侯，王翳为杜衍侯，杨喜为赤泉侯，杨武为吴防侯，吕胜为涅阳侯。
2.霸王别姬的真相
“霸王别姬”出自《史记·项羽本纪》，霸王项羽在和汉高祖刘邦夺封建统治权的战争中，最后兵败，自知大势已去，在突围前夕，不得不和虞姬诀别。这个词语用来形容英雄末路的悲壮情景，现多比喻独断专行，脱离群众，最终垮台。
“霸王别姬”的故事，反映的是虞姬和项羽感天动地的爱情。这悲情一瞬，已定格在中国文学的字里行间，定格在中国戏曲的舞台上，成为中国古典爱情中最经典、最荡气回肠的灿烂传奇。
汉兵已略地，四方楚歌声。大王意气尽，贱妾何聊生。
一直以来，就有人怀疑这首和歌是后世的伪作。可是，经史学家考证，这首和歌并非伪作。
《楚汉春秋》和《史记·项羽本纪》是“霸王别姬”故事的最早记载。可是这两本书都没有涉及虞姬的结局，因此，人们对于虞姬的结局产生了不同的猜测。
有人认为，虞姬不可能活下来，否则就不会有民间口耳相传的虞姬自刎情事。垓下一战，四面楚歌中，饮剑楚帐只能是虞姬唯一的结局。
“大王意气尽，贱妾何聊生。”这句话是虞姬对当时的形势作出的判断，也是对项羽精神状态以及未来命运的否定！
当时，项羽毕竟才三十多岁。虞姬深知项羽一生百战，出生入死，曾有过“破釜沉舟”，击败秦军，起死回生的经典战例，也曾有过以三万人杀汉卒十余万人，逼迫刘邦数十骑逃跑的经典战例。
然而，虞姬作为项羽最宠爱的女人，当项羽遭逢末路，但尚未完全失败的时刻，她没有挺身而出，激励项羽，而是怂恿项羽在恶劣的形势面前低头。
此刻项羽身边尚有八百余骑，全部都是精兵良将，起码可以保护项羽全身而退，以便东山再起。
那么，虞姬为什么这么匆匆忙忙判了项羽的“死刑”呢？
对于这个问题，有人给出了这样的答案——虞姬可能是刘邦派往项羽身边的美女间谍。他们提出的依据是：以刘邦的智力和行事风格，以及项羽的“妇人之心”和不听劝谏刚愎自用的性格，这种猜测是很有可能的。
可是，由于史籍漫漶，一直以来人们都没有找到刘邦、项羽和虞姬之间相联的蛛丝马迹，因此也只能作为一种猜测。
多数人更倾向于虞姬拔剑自刎是为了了断项羽的顾虑，从而让项羽突围。
《史记》中记录了项羽的哀叹：“骓不逝兮可奈何！虞兮虞兮奈若何？”从中可看出项羽的确是非常担心虞姬。
至于“汉军已略地，四面楚歌声，君王意气尽，贱妾何偷生”，是后人赋予的想象，更是为了表达对这位不甘受辱、深明大义的女性的崇敬，并给予她极高的评价：“虞兮奈何自古红颜多薄命，姬也安在独留青冢向黄昏”。史学家通过考证还证明了民间传说的项羽背负虞姬之首突围纯粹是文学样式的想象。因为在距垓下古战场几十里路的灵壁县境内，20世纪70年代出土的虞姬墓显示，这位被千古传唱的英雄美女是身首完好的。