这时，刘邦闻东阳宁君与秦嘉立景驹为楚假王，在留（今沛县东南），于是投奔景驹，欲借军攻丰。
在去投奔景驹的路上，遇见了也要投奔景驹的张良。
两人于是兵合一处。张良与刘邦二人见面后，一交谈，两人大有相见恨晚之意。
于是张良放弃投奔景名驹的念头，直接投奔到刘邦这边。刘邦以张良为厩将。
这时秦将章邯派别将司马尼攻略楚地，屠相（今安徽淮北市），至砀（今河南永城芒山镇。
于是沛公与东阳宁率军向西，迎击司马尼，在萧县西与秦军展开战斗，结果不利，刘邦与东阳宁君退至留。
补充军队和粮草后，再次进攻秦军，三日取砀，得到军卒五六千人。接着乘胜攻取了下邑。
这次，刘邦认为自己军队差不多，从下邑出发，再次攻丰，结果仍然没攻下。
这时听说项梁在薛，于是留下军队围丰，自己率领百余骑至薛见项梁。
项梁益沛公军五千、五大夫将十人，三攻丰邑。雍齿不敌，逃奔魏国。
立楚怀王后，项梁率军北上救齐赵，在亢父、东阿大破秦军。
这时齐军因田间、田都、田角之故，引兵还齐。只有楚军追击秦军。
于是项梁下令楚军分军，以刘邦、项羽为帅，率楚军一部攻城阳。刘项二人率军攻下城阳，屠之。
然后追击秦军至濮阳东，再次大破秦军。秦军这时得到补充，军势复振，守濮阳、环水。
刘项二人不与之战，绕过进攻定陶。定陶未下，放弃，西攻雍丘（今河南杞县）。沛公将曹参大破秦兵，斩杀三川守李由，并俘虏秦侯一人。
项梁之死，使诸侯震怖。而秦军更是挟战胜余威常追亡逐北。
章邯经过一连番胜利，认为楚国已不足虑，于是北上进攻赵国。攻下邯郸后迁其民于河内。而赵军退守距鹿，章邯率军进围赵王歇与赵相张耳于巨鹿。
这时楚怀王把都城由盱眙迁至彭城，并项羽军与吕臣军自将。
封项羽为长安侯，任鲁公；封沛公刘邦为武安侯，任砀郡长，将本部兵驻砀。以吕臣为司徒，其父吕青为令尹。经过一番调整之后，楚国局势稳定下来。
赵王与张耳困于巨鹿，遣使至楚向楚国求救。楚怀王经过商议后答应救赵。
但为了分散秦军力量，决定派一支部队西向直接攻秦。北路楚军以宋义为主将，西路军以刘邦为主将。
约定谁先入关中，谁就是关中王。当时由于秦军军势正壮，楚国上下皆不看好西征，都不愿意领军西征。
于是他们以沛公为西征军统帅西征，借口是刘邦为人宽厚，可以减少西进阻力。而项羽则因为叔父之死，积极要求随沛公西征。
但楚诸老将皆以项羽为人“强悍勇猛”及“所过皆残灭”不利于西征为由拒绝了项羽的要求，让他担任北路军的次将北上救赵。
沛公军由砀出兵，北上先行收集陈胜、项梁的散卒。至成阳，与秦军夹壁杠里。沛公军出击秦军，大破秦军，秦将王离逃走。
接着，沛公引兵西进，遇彭越于昌邑（今山东巨野县大谢湖镇昌邑村）。
两人合力攻昌邑，未下，沛公还军至栗（今河南夏邑）。在栗，遇刚武侯，夺其军，沛公军队增加了四千多人。
接着与魏将皇欣、魏申徒武蒲军合攻昌邑，又没攻下。沛公刘邦决定舍弃昌邑不打，率军西行。
刘邦行军至高阳，并访求贤士。正好沛公军队中有一骑士家在高阳，于是回家探亲。
这时高阳人郦食其为其同乡，于是就请他代为向刘邦引荐自己。他对骑士说：“我听说沛公傲慢而看不起人，但他有许多远大的谋略，这才是我真正想要追随的人，只是苦于没人替我介绍。
你见到沛公，可以这样对他说，我家乡有位郦先生，年纪已有六十多岁，身高八尺，人们都称他是狂生，但是他自己说并非狂生。”
骑士说：“沛公并不喜欢儒生，许多人头戴儒生的帽子来见他，他就立刻把他们的帽子摘下来，在里边撒尿。在和人谈话的时候，动不动就破口大骂。所以您最好不要以儒生的身份去向他游说。”
郦食其对他说：“你只管像我教你的这样说。”骑士回去之后，就按郦生嘱咐的话从容地告诉了沛公。
于是通过骑士引荐，郦食其见到了沛公。但刘邦在召见他时，正踞坐在床，令两女子给其洗脚。
郦食大为满，长揖不拜，直接斥责道：“您是想帮助秦国攻打诸侯呢，还是想率领诸侯灭掉秦国？”
刘邦骂道：“你个奴才相儒生！天下的人同受秦朝的苦已经很久了，所以诸侯们才陆续起兵反抗暴秦，你怎么说帮助秦国攻打诸侯呢？”
郦生曰：“如果您下决心聚合民众，召集义兵来推翻暴虐无道的秦王朝，那就不应该用这种倨慢不礼的态度来接见长者。”
于是刘邦起身道歉，整理好后以礼接待了郦食其。
当时，郦食其有个弟弟名叫郦商，陈胜起兵时，他亦聚数千人响应。郦食其归汉，郦商率其部下约四千多人加入沛公队伍。
郦食其劝刘邦进攻陈留，刘邦从其计，夺下陈留，得到大量补给。
接着令郦商为将，进攻开封，未下。绕过西进，与秦将杨熊所率秦军大战于白马、曲遇，大败秦军。
秦将杨熊败走。沛公军紧追其至白马，再次大破秦军，杨熊逃至荥阳，秦二世派使者斩杀杨熊。