陈胜、吴广牺牲后，秦末农民起义事业暂时受到挫折。但是各地人民坚持斗争，新的革命高潮又很快兴起，这就是项羽、刘邦等人领导的反秦斗争。
项羽是楚国名将的后代，由叔父项梁抚养成人。刘邦出生在一个农民家庭。项羽、刘邦响应秦末农民起义，扩充队伍，积极发展势力。各路起义军为了号召群众，共同推举楚怀王的孙子心为楚王和起义军总领袖，然后兵分两路攻打秦朝。项羽在攻打秦朝、进军北上的途中夺取了北征军的领导权。
公元前207年，强大的秦军追杀反秦军队到巨鹿。项羽率领全军，破釜沉舟，士兵每人只带3天的干粮，表示决一死战的勇气与信心，双方军队在巨鹿展开战斗。义军英勇拼搏，每个将士以一当十，喊杀声惊天动地。大战9天后，项羽获胜，解了巨鹿之围，消灭了秦军主力，迫使秦朝20万大军投降。项羽在亡秦战争中立了首功。在项羽北上攻秦时，刘邦从西面击秦。由于刘邦的兵力弱小，无法大规模作战，他就采用计谋攻城占地。刘邦的军队纪律严明，对百姓秋毫无犯，注意减轻百姓的各项负担，因此获得了百姓的大力支持。而此时秦朝丞相赵高杀死秦二世，另立子婴为秦王。刘邦趁秦王朝内讧的机会直逼咸阳，秦王子婴捧着玉玺向刘邦投降。公元前206年，秦朝灭亡。
刘邦攻占咸阳后，继续推行仁厚政策，深得百姓拥护。项羽听说刘邦进入咸阳并且约法三章，认为刘邦要夺取天下。于是，刘、项两军在函谷关对峙。刘邦军队实力弱小，就亲自到鸿门向项羽赔礼道歉。鸿门宴上，虽不乏美酒佳肴，但却暗藏杀机，危机关并头，刘邦的部下樊哙拥盾闯入，刘邦乘机逃走。鸿门宴后不久，诸侯混战再次爆发，刘邦在汉中建立根据地。公元前206年，刘邦带兵北上，楚汉战争爆发了。
公元前202年，刘邦把项羽围在垓下城。项羽粮草断绝，也无援兵。在一个寒冬的夜晚，项羽的爱妾虞姬正陪他在军营中借酒消愁，忽然听见四面传来楚国的民歌。项羽的爱马也嘶鸣起来。英勇一世的项羽知道大势已去，虞姬拔剑自杀，军中士兵悲痛不已。半夜，项羽率领八百多骑兵突围出去。天亮后，刘邦派五千骑兵追赶到乌江，项羽率领最后的28骑苦苦战斗，但寡不敌众。在乌江渡口乌江亭长要渡他过江，并劝他东山再起，项羽感到没颜面再见江东的父老兄弟，也不甘心当俘虏，于是抽出宝剑在乌江岸边自杀了。
楚汉战争是由秦末农民起义发展而来的，但这场战争发生在亡秦之后，不再具备农民战争的性质，而成为刘邦、项羽争夺新的封建统治权的斗争。其结果是，刘邦打败项羽，于公元前202年建立了中国历史上第二个统一的封建政权——西汉王朝。