困荥阳，形势十分危急。刘邦用陈平反间计，使项羽怀疑范增，不用其谋，迫使范增怒而归乡。
刘邦又派纪信装扮成自己去楚军诈降，乘机逃出荥阳。项羽加紧围攻荥阳，并夺取成皋。为了减轻楚军对荥阳的压力，刘邦率军经武关、宛（今河南南阳）、叶（今叶县南），想引诱项羽南下。为配合汉军行动，此时韩信也率军到达黄河北岸，声援荥阳。
彭越正在进攻下邳（今江苏邳县南）。项羽被迫率军回救，刘邦乘机收复成皋。六月，项羽以凌厉攻势拔荥阳，再夺成皋。
刘邦一面命汉军在巩县一带坚守，阻击楚军前进，一面命韩信组建新军击齐，派人入楚腹地协助彭越进攻雎阳（今河南商丘南）、外黄等地，再次迫使项羽回救。
四年十月，刘邦用计再次收复成皋。项羽在击败彭越后，寻汉军主力决战不成，屯兵广武（今荥阳北）与刘邦形成对峙。不久，韩信在潍水之战中歼灭齐楚联军，完成对楚侧翼的战略迂回，又派灌婴率军一部直奔彭城。
项羽腹背受敌，兵疲粮尽，遂与汉订盟，以鸿沟为界，中分天下，东归楚，西归汉。九月，项羽引兵东归。楚、汉订盟后，刘邦本想退兵，在张良、陈平提醒下，下令全力追击楚军。五年十月，两军战于固