张良到军门外去见樊哙。樊哙问：“今天的事情怎样？”张良说：“非常危急！现在项庄拔剑起舞，他的用意在沛公身上。”樊哙说：“请让我进去，和他们拼命！”樊哙就带着剑拿着盾牌进入军门。拿武器守卫军门的士兵想要阻止不让他进去。樊哙侧举盾牌一撞，卫士跌倒在地上。樊哙揭开帷幕面向西站立，瞪眼看着项羽，头发直竖起来，眼眶都要裂开了。项羽手握剑柄跪直身子说：“这人是干什么的？”张良说：“他是沛公的卫士樊哙。”项羽说：“壮士！赏他一杯酒。”左右的人就给他一大杯酒。樊哙拜谢，立起，站着一口气把酒喝了。项羽说：“赏给他一只猪腿。”左右的人就给了他一只半生的猪腿。樊哙把盾牌反扣在地上，把猪腿放在盾牌上，拔出剑切着吃起来。项羽说：“壮士！能再喝吗？”樊哙说：“我死尚且不怕，一杯酒又哪里值得推辞！秦王有像虎狼一样凶狠的心肠，杀人唯恐不能杀尽，处罚人唯恐不能用尽酷刑，因此天下老百姓都背叛了他。怀王曾经和诸将领约定：先打败秦军进入咸阳者为王，可沛公入关后一丝一毫都不敢占有动用，封存了宫室，退军驻扎在灞上，以等待大王到来，特意派遣将士把守函谷关，是为了防备其他盗贼的出入和发生意外的事变。这样劳苦功高，没有封侯的赏赐，反而听信小人谗言，要杀有功劳的人，这是步灭亡的秦国的后尘啊！我自己认为大王不应该采取这样的做法。”项羽无话可答，说：“坐吧。”樊哙便挨着张良坐下。
坐了一会儿，刘邦起身上厕所，准备逃走。
刘邦对樊哙说：“刚才出来没有告辞，这怎么办呢？”樊哙说：“做大事情不必顾虑细枝末节，讲大礼不必讲究小的礼让。现在人家如同切肉的刀和砧板，我们是鱼和肉，为什么还要告辞呢？”刘邦叫张良留下向项羽辞谢。张良问道：“大王来时带些什么礼物？”刘邦说：“我拿了一对白玉璧，准备献给项王；一对玉酒杯，要送给范增。正赶上他们发怒，不敢献上去，你替我献了吧。”张良说：“遵命。”鸿门灞上，相隔四十里。刘邦丢下随从与樊哙、夏侯婴、靳强、纪信等人一起，顺着骊山脚下，取道芷阳，抄小路逃走。刘邦行前对张良说：“从这条路到我军营不过20里罢了。请你估计我到了军营，再进去见项王。”
张良估计刘邦已经回到军中，才进去辞谢，说：“沛公不能多喝酒，已经醉了，不能前来告辞。谨叫我奉上白玉璧一对，敬献给大王；玉杯一对，敬献给大将军。”项羽说：“沛公在哪里？”张良说：“听说大王有意责备他，他已离开鸿门，回到了军中。”项羽就接受了白玉璧，放到座位上。范增接过玉杯，丢在地上，拔出剑砍碎了它，说：“唉！这小子不值得和他共谋大业！夺走项王天下的一定是沛公。我们这些人就要被他俘虏了！”
鸿门宴后，项羽即率兵西屠咸阳，杀秦王子婴，烧秦宫室，掳掠财物妇女，然后东归。因楚怀王坚持誓言——“先入关者王”，逆了项羽的心思，公元前206年二月，项羽凭借其在军事上的压倒优势，裂土分封18个诸侯王，恢复封建割据。他自立为西楚霸王，定都彭城(今江苏徐州市)。封刘邦为汉中王，并将关中分为三部；秦降将章邯、司马欣、董翳分别封王，企图通过他们控制关中，将刘邦困锁在闭塞地区。刘邦采纳萧何的建议，确定了收取巴、蜀，还定三秦，东向以争天下的方略。四月往汉中就任。途中烧毁所过栈道，防止诸侯军偷袭，并借此表示无东向之意，以麻痹项羽。
以“为义帝报仇”号召攻楚
五月，未获项羽封王的田荣于齐地起兵反楚，自立为齐王，项羽发兵击齐。刘邦乘项羽无暇西顾和三秦王立足未稳之机，准备夺取天下。令萧何收取巴、蜀租赋补给军队，以韩信为大将、曹参为前锋统兵数万，积极部署东进。八月，汉军潜出故道，袭击雍地，进围章邯军于废丘。同时分兵攻取陇西、北地、亡郡，迫降塞王司马欣、翟王董翳，迅速还定三秦，袭占关中大部地区；随后，命部将薛欧出武关向楚地进军，被楚军阻于阳夏。
项羽在两面受敌的情势下，采取先齐后汉方针，继续攻齐，因此主力被牵制在齐地。刘邦再度抓住战机，一面巩固关中，一面扩张势力，亲自率军由函谷关出陕县东进。迫降河南王申阳、韩王郑昌；魏王豹率军归附，继而俘虏殷王司马门，迅速占领了今河南及山西中、南部广大地区，造成东进的有利态势。
刘邦乘齐、楚两军胶着之际，在洛阳接受董公以项羽杀害楚怀王为口实，以“为义帝报仇讨逆”为政治号召，联络各地诸侯王，率联军56万攻楚，一举袭占楚都彭城。项羽留部将继续击齐，自率精兵3万疾驰南下，乘刘邦陶醉于胜利、毫无戒备之际，以少胜多，大败汉军，收复彭城。刘邦仅率数十骑突出重围，逃回荥阳。此役，汉军被歼数十万，元气大伤。
刘邦战败，诸侯纷纷背汉向楚。刘邦为摆脱被动局面，争取英布，重用韩信、彭越，从各方面联合反楚力量。军事上，则利用荥阳、成皋有利地形，分兵扼守险要，以争取时间，发展自己，待机再战。五月，刘邦得到萧何征集的关中兵员补充，并与韩信军会合，在荥阳以东击退追击的楚军，于荥阳、成皋一线与楚军形成对峙。
汉高祖三年（公元前204年），楚军数次切断汉军运粮通道，荥阳危急。刘邦谋士陈平施反间计，使项羽对力主急攻荥阳的主要谋臣范增产生怀疑，迫其怒而离去。四月，楚军攻势更紧。刘邦求和，被项羽拒绝。只得命韩王信、周苛等留守荥阳，以将军纪信假扮汉王出荥阳东门诈降，吸引楚军注意力，自己乘机率数十骑出荥阳西门，逃往关中。项羽攻占成皋。
刘邦接受谋士辕生建议，率军出武关至宛、叶。项羽急于寻汉军主力决战，引兵南下。刘邦坚壁不与楚军交锋。是时，活动于梁地的彭越袭占楚后方重镇下邳，断楚军粮道，直接威胁楚都彭城，项羽回军击彭越。刘邦乘机北上，收复成皋。
六月，项羽击败彭越后，立即对荥阳、成皋发动第二次攻势，杀汉将周苛、枞公，俘韩王信，再占荥阳、成皋。刘邦败至黄河北岸，以韩信军加强正面防御，深沟高垒阻击楚军于巩和小修武。为摆脱被动局面，刘邦以韩信开辟北方战场，并遣刘贾、卢绾率部从白马津渡过黄河，深入楚后方配合彭越军先后攻占睢阳等17座城池，切断楚军粮道，迫项羽再次回师东击彭越。刘邦用激将法诱使留守成皋的楚将曹咎出战，击破楚军，复夺成皋，进至广武，并夺得敖仓积粟以充军用。
项羽收复后方17城后，再度回师成皋，与汉军对峙于广武。项羽欲与刘邦决战。刘邦坚守不战，且在阵前历数项羽十大罪状，挫其锐气。双方对峙数月。为解除侧翼威胁，八月，刘邦遣韩信突袭安邑，大破守军。鉴于黄河以北代、赵、燕三国和占有今山东大部的齐国的向背直接关系到楚汉战争全局，刘邦采纳韩信“北举燕、赵，东击齐，南绝楚之粮道，西与大王会于荥阳”，对楚实施战略包围的建议，在坚持对楚正面作战的同时，给韩信增兵3万，命其率军东进，开辟北方战场。
闰九月，韩信率军在阏与俘代相夏说，灭代。即以俘获之精兵，补充在荥阳对楚作战的刘邦军，支援正面战场作战。汉高祖三年（公元前204年）十月，韩信攻赵至太行山八大隘口之一的井陉口，背水设阵，诱敌出战；出奇兵袭占赵军壁垒，拔旗易帜，大破赵军，生擒赵王歇。
灭赵后，韩信采纳原赵国谋臣李左车建议，休整兵马，安抚民众，摆出欲强攻燕国之势，再派使臣向燕王陈述利害，遂不战而降燕。齐王田广为阻止韩信军东进，屯兵历下(今山东济南市西)。刘邦遣郦食其游说田广。田广欲降汉，撤去历下守军。
汉高祖四年（公元前203年）六月，刘邦回返关中，引水攻破废丘，消灭章邯，尽占关中。随之采取立太子、赦罪人、立法令、设县邑，加强边塞守备等措施，以建立稳固的后方基地。八月，又回到荥阳前线。
九月，韩信乘齐无备，袭破历下，进占齐都临淄(今山东淄博市东北临淄故城)。田广向楚求救。项羽遣龙且率兵号称20万救援齐国。十一月，韩信与齐、楚联军战于潍水(今山东潍河)。韩信乘夜以沙袋在上游将河水堵截，天明诱敌进攻。齐、楚联军渡水进击时，汉军掘开沙袋放水，将联军冲成两段。韩信乘其半渡发起攻击，大败齐楚联军，俘齐王田广，尽占齐地，直接威胁楚都彭城。彭越游动作战于楚后方，致楚军补给困难。项羽在腹背受敌、兵疲食穷的情况下，被迫与汉议和，划鸿沟(古运河，位于今河南荥阳东)为界，东归楚，西属汉，还用盛大典礼将刘太公及吕雉送还。
同年十月，项羽遵约东撤，刘邦亦欲西返。张良、陈平认为“汉有天下大半，而诸侯皆附之。楚兵罢食尽，此天亡楚之时也”，建议“不如因其机而遂取之”。刘邦遂背约，向楚军突然发起战略追击，并约集韩信、彭越南下合围楚军。
汉高祖五年（公元前202年）十月，刘邦追击楚军至固陵(今河南太康南)，因韩信、彭越按兵不动，未如期会师，遭楚军反击，大败，被迫坚壁自守。刘邦从张良计，分别给韩、彭割地封王。十二月，刘邦调集韩信、彭越、英布、刘贾等各路大军40万人，将10万楚军包围于垓下。楚军兵少食尽，屡战不胜。夜闻楚歌四起，军心瓦解。项羽在大帐中和虞姬相对悲歌，真可谓英雄气短，儿女情长。最后虞姬拔剑自刎，项羽率领八百骑兵趁夜突围。第二天早晨，汉军才发现项羽已经突围而去，刘邦命令灌婴率骑兵火速追击。项羽在渡过淮河后，身边只剩下了一百人，到达阴陵时，因为迷路走入大泽之中。从大泽出来后，项羽向东撤退，在东城被灌婴的骑兵追上。项羽的随从只有二十八人，和汉军激战三次，杀伤几百汉军后，项羽最后横剑自刎。至此，楚汉战争以项羽的失败而结束。
天下安定，剪除异姓王
刘邦虽然做了皇帝，但他从未对自己皇位的安危掉以轻心。在享受的同时，他也采取种种措施来巩固皇权。
他日夜放心不下的就是在各地的异姓王。这些异姓王手里都有兵将，有的与刘邦不是一条心。第二就是其他将领为功劳大小和赏赐的多少争斗不休，如果安抚不当，就会投奔那些异姓王作乱。还有原先六国贵族的后代也不能掉以轻心。在中央，丞相的权力对他这个皇帝也构成了威胁。
正是因为刘邦政权依然存在威胁，所以他就开始着手杀掉一些对自己不利的人物。刘邦最先动手的对象是韩信。公元前201年，即高祖六年，朝中有人告发韩信谋反。刘邦当时半信半疑，他问诸将如何是好，诸将说：“赶快发兵杀了他。”陈平却认为楚国兵精，韩信又善于用兵，如果发兵攻之，无异于自己挑起战端且不利，不如假装巡狩云梦，通知各个异姓王到陈县会面，韩信必定也会前来谒见，到那时，就可以轻而易举地把他抓起来。高祖照计实行。韩信一到陈县，立即被高祖逮捕。韩信大喊冤枉，他说：“果然像人们说的那样：‘狡兔死，走狗烹；飞鸟尽，良弓藏；敌国破，谋臣亡。’天下已经安定，将领已经没用了，本来就该给烹了。”高祖见状便说：“有人告你谋反。”说完就把韩信捆绑起来，押上囚车。到了洛阳，因查无实据，高祖又赦免了韩信，降为淮阴侯。经过这件事，韩信对刘邦的戒备心更强，也更加怀恨刘邦了。
公元前200年，韩信密谋让陈豨在外地起兵造反，引得高祖亲自率兵平叛，自己在都城发兵袭击吕后和太子。不料被人告密，吕后采用萧何的计策，把他骗入宫中逮捕，然后于长乐宫的钟室处死。
这样，经过几年不懈的努力，刘邦只留下长沙王吴芮作为点缀，其余的异姓王都被除去了。汉高祖在剪除异姓王的同时，也不忘妥当地解决安置中小将领的问题。公元前201年，他分封萧何等大功臣二十多人后，由于中小将领很多人都争功不决，暂没有行封。有一次，高祖在洛阳南宫望见很多将领坐在沙地上窃窃私语，就问张良：“他们都在议论什么呢？”张良说：“陛下，他们是在谋反。”高祖百思不得其解地说：“天下已经安定，为什么还要谋反？”张良解释说：“他们是怕你不能尽封，还怕你记仇杀掉他们。”高祖问怎么办，张良则问他平生最恨而又人所共知的人是谁。高祖便说是雍齿，并说曾想把他杀掉，但是他功劳多。张良便说：“现在应赶快封雍齿为侯，大家看到雍齿都能先受封，自然人人安心，不会忧虑了。”不久，高祖大摆宴席，封雍齿为什方侯，并催促丞相、御史赶快“定功行封”。这一招果然很灵。酒后，众多将领高兴地说：“雍齿还能封侯，我们肯定也都能封侯了。”
对于六国的残余贵族，汉高祖也同样没有忘记要消除他们。
公元前198年，他接受娄敬的建议，并命令娄敬把六国的残余贵族和各地的一些名门豪族十几万人都迁到了关中。这样一来，既便于高祖对他们进行控制，也使他们丧失了当地的社会基础。
即位后强化皇权
为了进一步稳固统治，高祖即位后还极力强化皇权。这是因为当时封建专制秩序刚刚建立，不少人仍然保持着战国以来那种“士无常君，国无定臣”的旧观念。故此，必须从礼仪规制和观念道德上加以引导、整肃。
刘邦为了表示孝顺，每隔五天就去拜见一次太公。太公习以为常，可是他的属官却认为这不符合礼法，就对太公说：“天无二日，国无二王。皇帝虽然是您的儿子，但是他的地位在万人之上；您虽然是他父亲，但改变不了你是臣子的事实。怎么能让皇帝拜见臣子呢？这样，皇帝的威信都没有了。”于是高祖再来拜见太公时，太公就手持扫帚出门迎着退行，不再让高祖拜见。高祖看到大惊，赶快下车去扶着父亲。太公说：“你是皇帝，怎么能为我乱了天下礼法！”高祖知道是太公的属官所劝后，对属官能够明白自己的心意很欣赏，就赐给他们黄金500斤，然后下诏尊太公为太上皇。以后，他可以名正言顺地拜见太上皇，又借机宣扬了皇帝的至高无上。
季布和丁公两人是异父同母兄弟，楚汉战争时，他们都是项羽手下的大将。季布曾率兵几次把高祖打得很狼狈，手下一点不留情。丁公也曾率兵追击过高祖，但还是把他放了。高祖称帝后，想起季布给自己的难堪，就下令捉拿季布。但他考虑到自己也正需要忠臣来巩固统治，于是就改变初衷，下令赦免季布，拜季布为郎中。丁公听说季布都能赦免拜官，自己曾对高祖有恩，如果去见高祖肯定更会受到重赏，于是他就去谒见高祖。但他万万没有想到，高祖却把他抓了起来，对群臣说：“丁公作为项王的臣子不忠，以致项王失去了天下。”接着就把他杀了，在军中示威，并对群臣说：“请诸位都不要像丁公那样！”