项羽打算答应。范增说：“汉国是好对付的，现在放了他不灭，以后必然后悔。”于是项羽加紧进攻荥阳。刘邦受不了了，就用陈平的计策来离间项羽范增。当项羽的使者来的时候，刘邦给他准备了太牢（招待诸侯的高等级标准餐）的餐食，给端着进来。进来一看到使者，就假装惊愕地说：“我以为是亚父的使者呢，原来是项王的使者啊。”于是，就把太牢给端出去了，拿来低等饭菜招待这使者。使者回去对项羽一说，项羽就疑心范增和汉国之间有私情沟通，于是稍稍夺了范增一些权。范增大怒，对项羽说：“现在天下大事已定了，君王接下来自己做吧。我要求退休了。”项羽应允。于是范增离军回彭城，没到彭城，后部发疽病而死。
项羽继续紧攻荥阳，汉将纪信对刘邦说：“现在城已经守不住了，我来假扮你诓骗楚军，大王可以偷着从另一个城门跑出。”于是当夜，刘邦派出荥阳城里的女子二千人，都穿着甲，楚兵以为是汉军出来了，四面攻击之。纪信在中间，乘坐黄屋车，旁边有左纛大旗，对楚军喊：“城中没粮了，我汉王投降了。”楚军听了都欢呼万岁。这时候，汉王刘邦则带着数十骑人马从西门逃跑，逃入了荥阳城以西的成皋城。项羽见到纪信，一看是个假汉王，问道：“汉王到底在哪？”纪信说：“汉王已经跑出去啦。哈哈。”项羽于是给纪信来了个火刑烧杀。
项羽又加紧攻城，终于攻下了荥阳，守城的周苛被俘，项羽对他说：“你给我做将吧，我叫你做上将军，封你三万户。”周苛骂道：“你不早降汉国，汉就要俘虏了你啦，你不是汉王的对手！”项羽怒，就把周苛也烹了。
所谓烹，就是放在一个大锅里煮。
到了下一年，楚四年，项羽进攻围击荥阳以西不远的成皋，刘邦又独自逃出成皋北门，跑到了河北，去投奔韩信在赵国的军队。诸将也稍稍从成皋跑出，去投奔刘邦。楚军遂拔取成皋。又进攻成皋再往西的巩城，汉兵抵抗。
这时候，与刘邦结盟的彭越又渡过黄河北上去攻击楚国的东阿，杀了楚将薛公。骚扰项羽的后方。项羽于是亲自领兵向东去攻击彭越。临走嘱咐部将大司马曹咎等人，说：“你们守住成皋这里，如果汉军来挑战，千万不要出战。我十五天就回来。”
于是，项羽东去，攻击已经被彭越占领的陈留外黄等城。外黄攻了数天不下，最后外黄人受不了了，方才下城投降。项羽大怒，命令把这城里所有十五岁以上的男子全部坑掉。这外黄县令有个门客，他有个十三岁的儿子，跑去对项王说：“彭越劫持了我们外黄，我们没办法，所以投降了彭越，但是心里是等着大王来的。现在大王来了，就又都坑杀了我们。那么，百姓岂有归服您之心。从这里往东，还有十几座城呢（都是彭越占领的），他们必然都不肯投降了。”
项羽的见识还没有一个孩子高，于是觉得有理，就赦免了不坑了，然后继续东进，一直到了睢阳，十几个城都争先恐后下城投降项羽。
这时候，刘邦则乘机从河北下来，引兵渡河，来攻成皋。守成皋的大司马曹咎拒不出战。于是汉军就在下面骂他，连骂了五天，曹咎受不了了，大怒，出兵到城外鏖战，这城外流着汜水，曹咎引军先渡过汜水，汉军半渡而击之，大败曹咎。曹咎以及其他部将司马欣、董翳，一看没法交待，都自杀在汜水河上了。
项羽这时候已经占了睢阳，听说曹咎大败，丢了成皋，于是立刻带兵回来，向西而来，要复夺成皋。汉军一看，立刻撒丫子都跑，跑到附近的广武山上，依着险阻扎营，都不出来了。于是项羽就引军在广武山上和汉军驻扎对峙，一对就是数月。
因为这里山势险要，刘邦的军屯又都在险要处，所以难以进攻，只好对峙。
数月之后，彭越又复活了，又开始在项羽背后的魏国地区进行骚扰，断绝楚军粮道。项羽颇为此事头疼，觉得难以在这里持久对峙（缺粮了嘛）。于是就在营垒里架了个高高的菜板子，把刘邦的老爸刘太公躺在板子上，派人告诉刘邦说：“你不赶紧下来投降，我就煮了你老爸。”
刘邦说：“我从前跟项王在出发前，都受了怀王命令，互相约为了兄弟，我的爸爸就是你的爸爸。非要烹你的爸爸，那希望也分给我一杯羹来。”项王听说以后，怒，要杀刘太公。旁边项伯说：“现在天下的大事还未可知啊（意思是也许打不过刘邦，需要跟刘邦讲和，杀了就不好办了）。而且这种做天下大事的，不顾自己的家，杀了也是无益的，只是给自己增添灾祸。”这话说的也有道理，项羽遂听从。
楚汉两军这样久相对峙，后方老弱转运粮草非常疲劳，前线战士也在壕沟内受罪，于是项羽这一天又派人对刘邦说：“天下汹汹数年，都是因为你我两人。我愿意与汉王单挑，我跟他对决，以决雌雄，不要再让天下的民众父子受苦了。”
刘邦笑着拒绝，说：“我宁可斗智，不能够斗力。”
于是项羽不管了，就令壮士下壁垒出去挑战。跑到对方营垒下耀武扬威。汉营之中有来自娄烦的胡人，这人非常善射，于是出了壁垒，一箭就把那楚军挑战的壮士射死。楚军又依次出来了两个，分别又都被他射死。汉军大喜喧哗。项羽一看自己挑战还弄败了，大怒，于是亲自披甲持戟骑马冲出壁垒。那娄烦人又举箭要射项羽，项羽采取心理战，他知道射箭的人必须心平气稳，于是项羽瞋目怒吼，冲他叱叫，那娄烦被吓得眼睛都不敢看，手也不敢射，只得掉马跑回壁垒里边。再不敢出来。随后汉王派间谍去问这人是谁，回来告说是项羽也！汉王大惊。
随后，项羽又约刘邦在广武山的一个山涧处，隔着山涧直接谈判一下。刘邦于是在山涧那边把项羽数落责骂了一通，项羽怒了，嚷嚷要决战。刘邦还是不答应。项羽就叫在旁边埋伏了弩，一箭射去，射中刘邦。刘邦受伤，回去养伤。
这时候，淮阴侯韩信已经攻下和占据了赵国齐国，控制了北方和东方，对项羽形成半包围战略态势，形势已经对项羽很不利了，项羽已经转为战略劣势。同时，韩信开始从齐国准备南下，要攻击楚国本土（彭城为中心，在苏北）。项羽于是派龙且前往齐国攻击韩信，结果被韩信杀得大败，龙且被阵斩。韩信自立为齐王。项羽听说龙且军破败，心中开始恐惧，派人去说韩信，希望韩信助楚叛刘。韩信不听，开始南攻楚国，这对项羽构成极大的不利。这时候，彭越的游击队，又在魏国地区折腾上了，断绝楚军的粮道（楚在广武山战线的粮道，需要从后方本土运粮来，魏国地区就在广武山东向了）。而汉军背后，则有萧何从关中，源源不断把兵员和粮草运输过来。
于是，汉兵人越来越多，粮食也盛。而项羽则兵疲粮绝。这时候，汉王刘邦派侯公来和项羽谈判，说愿意与项羽中分天下，以鸿沟为界，鸿沟以西归汉国，鸿沟以东归楚国（鸿沟基本就在广武山一线，从北到南，是条人工运河）。同时，要求楚方归还刘邦的老爸。
项羽因为已经陷入战略半包围局面，自己在广武山前线又兵疲粮绝，对方则人多粮多，不断得到补充。（可见，刘邦在荥阳广武山前线抗住项羽，而韩信进行战略迂回，占据北方和东方，加以彭越的敌后骚扰，断绝其粮道，三股力量，是使得项羽终于大困的原因。）项羽固然已经处于极端不利局面，当然就接受这讲和条件。
于是，刘邦的老爸和媳妇吕雉也都被项羽放回来了。汉军皆呼万岁。双方约定之后，于是项羽就引兵解去，向东而归，欲回奔彭城。
刘邦也打算西归关中，张良、陈平阻止和劝说他道：“现在汉有天下大半，齐、赵、魏、燕诸侯都附从汉国（这四国都是被韩信征服的），楚兵兵疲食尽，而我们兵盛食多，这样的战略大包围优势，正是天亡楚国之时，不如趁机而取之。如今您跑回西边去了，放纵项羽不击，正是所谓养虎遗患啊。”刘邦觉得有道理，这时已是楚五年，于是，刘邦整军去追项羽，一直到了阳夏南面，准备和齐王韩信与彭越会攻项羽。可是到了固陵，韩信和彭越的兵都没有来。项羽看见刘邦背信弃义地追来了，于是攻击汉军，刘邦大败，躲到壁垒里据守不出。
刘邦对张良说：“韩信和彭越的诸侯兵不来，怎么办啊？”
张良说：“他们不来，是固然的了。打败楚国后，他们有什么好处，没说清楚啊。大王不如这样，告诉他俩，倘若他俩跑来，战破楚国，则楚地从陈城以东，直到大海（含安徽北部和苏北）都给齐王韩信。魏国东部部分，从睢阳（河南东部的商丘）到谷城（山东东阿），全都给彭越，并封彭越为王。这两人为了从楚国拿到这两块地盘，必然立刻就跑来战楚。大王如果不能给，则大事未可知也。”
