天亮后，韩信率领大队人马，打着大将的旗帜，擂鼓杀向井陉口。赵军在陈余的命令下，就打开壁门迎战，准备活捉韩信和张耳，两军交战多时，韩信佯装败退，退向背水为阵的汉军。赵军果然以全部兵力脱离阵地追击韩信、张耳。背水为阵的士兵望见赵军势大，后退无路，奋死战斗，人人奋勇争先，锐不可当。陈余原以为汉军一触即溃，此时大出其意料，只得挥师力战，两军激战，正处胜负难分之际，埋伏在赵军营附近的两千骑兵趁机攻入赵营，很快拔掉赵旗，换上汉旗。赵军见不能取胜，捉不住韩信，便命令部队后退，想退回营地坚守。但看到阵地上全部是汉军旗帜，大吃一惊，以为汉军已经捉住了赵王歇及其将领，部队也随之混乱，纷纷逃跑。陈余企图以斩杀来控制混乱局面，但已不能制止。汉军见赵军溃乱，士气更加高涨。韩信率军紧紧追击，袭占赵营的赵壁也飞驰前来，两军夹击，全歼赵军。陈余率领部分残兵败卒，逃到仕边上，被常山守军杀死，赵王歇也成了俘虏。
井陉之战结束后，诸将对韩信的战术深为不解。在庆功宴上，诸将中有人向韩信请教道：“兵法上说，‘右背山陵，前左水泽’。这次你却命令我们背水列阵，还说今日歼灭赵军后会餐，当时我们不相信，然而竟取得了胜利，这是什么道理呢？”韩信听后，笑道：“这道理就在兵法上，根本原因是你们没有领会兵法的精神，兵法不是说‘陷之死地而后生，置之亡地而后存’吗？况且我带领的不是一向受慰抚而训练有素的部队，这好比是赶着集市上的人群去作战一样，这样非得把他们放在没有退路的境地，使人人为着自己活命而战，如果放在有退路的地方，都会逃跑了，哪会听从命令去勇敢作战呢？”大家听了，都点头诚服。
韩信这次胜利，也庆幸陈余没有用李左车的建议，要不然韩信对这场战争也没有了把握。因此，他对李左车非常佩服。李左车被俘之后，韩信亲自为他解开绳索，请他坐在尊位，而自己面对李左车，西向而坐，将他作为师尊看待，并向他虚心请教道：“我欲北攻燕，东伐齐，如何才能成功呢？”李左车客气一番之后说：“将军渡过黄河之后，俘虏了魏王豹，擒代相夏悦，不到一天又大破赵军二十万之众，诛杀陈余，名闻海内，威震诸侯。但是经过长期征战，将士都已疲惫不堪，假若现在率领这支疲惫的军队去攻打据城坚守的燕军，恐怕一时难以攻下，时间长了，粮草也难以接济。如果燕国不破，齐国就更不用说。那么这样与燕、齐两国相持不下，必然会影响楚汉争霸。”韩信听了李左车的分析，深以为然，然后又问道：“将军有何高见呢？”李左车回答道：“当今之计，不如解甲休兵，安抚赵国百姓。取得老百姓的支持，好好犒赏将士，恢复军队的战斗力。然后派一部分军队驻扎在去燕国的路上，作出要进攻燕国的样子，再派一个能说善辩的使者去劝燕王归汉。燕王在军事威压面前，一定不敢反抗，会老老实实地归顺。而燕国一旦投降，齐国也会闻风而服，即使有智谋的人，也难以想出对策。这就是兵法上所说的‘先声而后实’。”韩信听了很高兴，按照李左车的计议行事，燕王臧荼果然归汉。韩信就这样取得了不战而屈人之兵的效果。
韩信破赵降燕以后，项羽几次派兵渡过黄河攻赵，都被韩信和张耳的军队击退。这时刘邦在荥阳、成皋屡屡失利。刘邦冲出项羽的重围后，因手中已没什么军队，便渡过黄河悄悄来到韩信的驻地修武（今河南获嘉县）。他冒充是刘邦的使者，趁韩信、张耳熟睡，夺了他们的印信和兵符，召集众将，要他们归刘邦指挥。韩信、张耳起来一看，才知是刘邦来了，非常吃惊。刘邦宣布将韩信、张耳的全部军队归自己指挥，张耳留守赵地，任命韩信为赵相国，让他带领一小部分军队进攻齐国。
公元前203年，韩信挥师东征，进攻齐国。军队还没有渡过平原津（今山东平原南），得知刘邦已派谋士郦食其说服齐国归汉，韩信便想停止进军。范阳辩士萌通劝韩信道：“将军奉命进攻齐国，而刘邦自己又派谋士说服齐国，难道又有命令要你停止前进吗？为何停止不前呢！况且郦食其这个人，凭着一张能说会道的嘴巴，降服了齐国七十余座城池，你率领数万部队，血战一年多才攻克赵国五十多座城池，身为将军多年，难道不如一个见识浅陋的人功劳大吗？”韩信认为萌通的话颇有道理，决定渡过黄河，挥师继续进军齐国。
这时，齐国已同郦食其达成协议，留他欢宴纵酒，并解除对汉军的防御。韩信以突然袭击歼灭了齐国在历下的部队，并乘胜攻克临蹋齐王田广以为郦食其出卖了自己，把他投入鼎内活活煮死。齐王田广、齐相田横败退高密和博阳。项羽得知韩信大破历下齐军，占领临蹋这对他是一个十分严重的威胁。项羽于是派遣大将龙且、副将周兰率领二十万重兵前去救援，楚军到达高岔，与齐王田广会合，准备进攻韩信。有人劝龙且说：“汉军穷凶远征，其锋锐不可挡。齐、楚联军在家乡附近作战，士兵会严重逃亡。不如坚壁待机，让齐王派遣宋信为使，招谕被汉军所占的城池，人们听说齐王还在，楚国又前来救援，必定会起来反汉。而汉军深入二千里作战，人地生疏，齐国所有城池都起来反抗，势必断绝其粮草，那么我军就可以兵不血刃而受降了。”龙且有点心高气傲，又想贪图功劳，对这个人的建议听不进去，还说：“我对韩信这个人很了解，很容易对付。我奉命前来救援齐国而坐等受降，那我还有什么功劳？如今实行决战而取胜，齐国的半壁江山就可以到手，为何不战？”遂即率军决战，与韩信军对峙于潍水两岸。
韩信知道龙且是一员悍将，便令士卒在夜里用万余条米袋装满沙石，堵截潍水上游，乘水势陡浅之机，率军涉渡潍水，向龙且军挑战。战不多时，韩信佯装败退，诱敌追赶。龙且见汉军败退，欣喜地说：“我一向知道韩信胆怯。”于是挥军渡水追击。当龙且的先头部队渡过河后，韩信即令在上游的汉军把堵截潍水的沙袋移去，河水顿时奔流而下，把龙且军截为两段。韩信率兵迅速歼灭了渡河楚军，杀死龙且，在潍水另一岸的楚军各自逃命而去。汉军乘胜渡河追击，一直追到城阳（今山东莒县），全部俘虏楚军。韩信乘胜进军，很快占据了齐地七十余城。韩信拥军自立为假齐王。
韩信攻占赵、燕、齐之后，雄踞一方，在楚汉之间的争斗中，具有举足轻重的地位。刘邦闻讯，虽不愿意封韩信为齐王，在谋臣张良和陈平的劝告下，顺水推舟封韩信为齐王，以示恩宠拉拢。此时，项羽也派来说客武涉去动员韩信叛汉降楚。武涉利用刘邦与韩信的矛盾，竭力指责刘邦是背信弃义的小人，是靠不住的，而且他提醒韩信：“现在你为刘邦尽力，他表面上对你重用，但迟早会暗算你的。”又竭力拉拢韩信投向项羽。但韩信念及刘邦的知遇之恩，婉言拒绝了武涉的劝说。
武涉劝说韩信背叛刘邦不成，又来了一个谋士蒯通。蒯通猜到了韩信的心思，便假装给韩信相面，对韩信说：“我相你的面，不过封侯，而且既危险又难于保全。但是相君之背，却贵不可言。”韩信当然知道蒯通是在劝他背叛刘邦。他假装不理解“面”、“背”的含义，要蒯通解释。蒯通说：“现在楚汉战争已经三年，双方还相持不下，胜负难分，而天下生灵涂炭。刘邦、项羽的命运，都决定在你的手里。我推心置腹地跟你说，你如果能听从我的意见，不再拥戴刘邦，自己独立，造成三分天下之势，这时你再好好治理自己的地盘，取得百姓支持，谁敢不听从你的指挥！”蒯通还告诫韩信：“上天所给不取，反受其祸，时机已到不行，反受其灾。”他希望韩信深思熟虑。
