公元前203年8月，楚汉议和，划鸿沟为边界，“中分天下”。一个月后，项羽领军东归。
刘邦也想回西部去。谋臣张良、陈平劝谏道：“天下三分之二已归我们所有，目前楚军粮草不足，士兵疲乏，正是灭项羽的大好时机，岂可养虎遗患。”刘邦突然醒悟：刚订和约，项羽引兵东撤，一定疏忽麻痹，确实是天赐良机。他火速派人令韩信、彭越同时出兵，自己亲率大军追击楚军，合力灭楚。
但是韩信、彭越均未发兵。刘邦孤掌难鸣，于固陵追上项羽，被项羽打得大败。
刘邦无奈，只得采用张良的计策：裂地分封。封韩信为齐王，封彭越为梁王。使者一到，韩、彭二人果然领兵前来会师。
公元前202年11月，汉大将刘贾渡淮河入楚地，诱降九江守将，兵围寿春。韩信西进占彭城，项羽四面受敌，转战南撤，退至垓下（今安徽灵壁南）。刘邦军紧紧跟来，四面围上。
刘邦将会合后的30万大军统统交给韩信指挥，韩信布下十面埋伏，将项羽重重包围在垓下。但项羽此时尚有十万兵马，八千子弟兵，他坚守大营不出战，韩信一时也无法取胜。
楚军被困日久，粮食惭渐吃光，隆冬之际寒风凛冽，兵士衣服单薄，饥寒交迫，军心不稳。
这天晚上，夜深人静，突然从汉营飘来一片楚歌，且伴有箫声，甚是凄凉哀怨：“寒夜深冬兮，四野飞霜。天高水固兮，寒雁悲怆。最苦戍边兮，日夜彷徨……”
项羽听了，大吃一惊，心想：“汉军难道已经完全占领了楚地？他们怎会有那么多的楚人？”
楚歌仍不断地传来，听得清清楚楚：“虽有田园兮，谁与之守？邻家酒热兮，谁与之口尝？白发倚门兮，望穿秋水。稚子忆念兮，泪断肝肠……”楚军将士不禁潸然泪下，这悲凉凄苦的歌声使他们想起了家园，想起了自己的父母与妻儿……
歌声彻底动摇了项羽的军心，三三两两的楚军士兵开始逃离楚营，到后来竟整批整批地逃跑，大将季布、钟离昧等也相继溜走，连项羽叔父项伯也去投奔张良。眼见败局已定，谁也不愿再在这里等死了。一夜之间，数万大军只剩一千多人。
项羽无计可施，借酒浇愁，唱起一首悲凉的歌：“力拔山兮气盖世，时不利兮骓不逝；骓不逝兮可奈何，虞兮虞兮可奈何？”
虞姬夫人十分悲痛，持剑起舞作歌，歌毕自刎，其兄大将虞子期也引剑自刎，死在妹妹身旁。项羽率八百余骑突出重围，又于乌江边被汉军追上，项羽自刎而死。
其实，项羽不知，那晚在汉营中唱楚歌的不全是楚地人，乃是张良布置的“攻心夺气”之计策。张良把在楚地的英布的九江士卒全分散到各营，让他们教所有的汉军将士唱楚歌，目的就是瓦解项羽军心。