刘邦称善，于是派出使者去向韩信彭越许诺。这俩人也就不再观望了，当即答应进兵。韩信从齐国出发，彭越从魏国地区（河南东部）出发，到垓下会集。此外，楚国大司马周殷也背叛了项羽，带着九江兵，也赶奔垓下会战。
项羽在垓下，和这些汉军及韩信、彭越等刘邦部将之兵会战，结果战败。项羽只好缩入壁垒。此刻楚军兵员少，粮食也没了，汉军和各家诸侯军把他围了好几层，半夜的时候，项羽就听见四面都有人们在唱楚国，项羽精神防线顿时崩溃，惊道：“汉国已经尽得我们楚国之地了吗，怎么楚人这么多啊？”
项羽于是半夜起来，在帐中饮酒，他有一个美人名字叫虞，经常跟他一起好。这位虞美人长得很艳软，腰身丰腴有质，脸光很明朗，无忧无虑，胸部比较大，喜欢拿着镜子一手捏着牙膏筒对着镜子在卫生间里练唱歌。
项羽还有一匹名马叫作骓，经常骑着。于是项羽慷慨悲歌，自己作词唱道：“力拔山兮气盖世，时不利兮骓不逝。骓不逝兮可柰何，虞兮虞兮柰若何！”连唱了好几段，美人虞也给他唱和着。项王唱得泪下数行，旁边左右的侍臣都哭了，没有人能抬起脸来。
于是项王上马，带领麾下壮士骑兵八百余人，当夜冲突重围向南而去。到了早晨，汉军才发现，立刻派骑将灌婴（卖布的出身）带领五千骑兵追赶。项羽向南跑了八十公里渡过淮河之后，发现只有一百多骑兵还跟着自己（都掉队了）。继续往东南跑，到了阴陵，却又迷了路，问一个田间劳动的老农民，老农民故意骗他说：“往左。”结果往左，就陷到大沼泽里边了。然后又拔出泥脚来往回走。这样一耽搁，因此汉军就追上了他们。项羽于是向东跑，跑到东城的时候，只有二十八骑还跟着他呢。可是汉军的追逐者有数千人，项羽自度已经难以逃脱了。于是对自己的骑兵们说道：“我起兵至今已经八年了，身经七十余战，所当者破，所击者服，未尝败北，遂霸有天下。然而如今吾终于被困于此，这是天亡我也，非战之罪！（不是打仗打的不好的罪过。）今日固决一死战，愿为诸君快哉！我必三胜敌骑，为诸君溃围，斩将，刈旗，令诸君知亡我者天也，非战力不足之罪！”于是把他的骑兵分成四队，朝着四个方向站立。汉军把他们围成了数重，项羽对骑兵们说：“我给你们取他们一将！”令骑兵四面驰下，在土山以东分三处会集。说完项羽大呼驰下山坡，霹雳暴叫之声震得山石都要滑坡。汉军一看，这个煞神挥舞大戟乘着战雷从天而降了，被这雷吼之声吓得尽皆披靡--半身不遂，当即项羽斩断一名汉将人头。项羽于是波开浪滚一般，溃围而出。汉军郎中骑将杨喜贪财立功不要命，拍马追着溃围而出的项羽。项羽马上一回头，把圆眼熊目一瞪，大声叱咤：“何人追我！！！--”
杨喜吓得人和马全惊了，马儿狂跑，带着杨喜就斜着跑出了数里。杨喜全身瘫痪。
项羽于是冲到土山东侧指定期会地点，其他诸骑也都趁着超声波的掩护冲杀而来，按照约定在土山东会聚为三处。
灌婴一看，指挥汉军再次把这三帮楚骑给围住。项羽一声呼啸，又奔驰冲入汉阵，击斩汉将一名，击杀数十百人，直杀得人马尽红。然后挥着三处骑兵，再次溃围而出，重新在圈外汇集。
项羽计点人数，二十八骑，在项羽的伟大领导下，只丢了两骑而已。羽于是对诸骑壮士说：“何如？”壮士骑勇都服道：“如大王言！”意思是，那确实不是咱们打仗打得不好啊，是天非要亡我们。
于是项羽逞尽英豪，带着二十六骑，向东南疾奔，后边数千的汉军骑兵追逐。项羽向东跑到了长江边上（这段长江在南京附近，称作乌江）。乌江亭长正弄了一艘小船在这里等着呢，对项羽说：“江东地方虽小，但是也有千里之地，人众数万，也够在这里称王的（江东就是会稽郡，吴越地区，项羽起兵的地方）。大王赶紧渡河。现在只有我有船，汉军来了，他们没法渡河。”项羽却笑说：“是天要亡我，我渡河何为？而且，我当年与江东弟子八千人渡江而西，如今无一人还者，纵使江东父老怜惜我依旧以我为王，我独有何面目见他们。我这匹马骑了五年了，所当无敌，曾经一日而行千里，不忍杀了它。送给你吧。”
于是，令后面的骑兵全都下马步行，持短兵器和后面追来的汉军交战（这是找死呢）。项羽独杀死汉军数百人，自己也身被十余创伤。他一回头，看见了汉骑兵司马吕马童，项羽叫道：“你莫不是我的故人吗？”
吕马童一看这人叫他，仔细一看，正是项王，于是当即指着项王对骑将王翳说：“这是项王也！”
项羽微微一笑，说道：“我听说，汉国购求我的人头，赏赐千金，封邑万户，我就给恩德于你吧。”说罢，项羽看了一下远处的夕阳，夕阳从此降下，留下一片灿烂霞光，项羽遂拔剑吻喉而死。
壮大的身躯扑通一声扑倒在地。
王翳官大，连忙下马砍取了项羽的人头，余下项羽的body，被其余骑兵一通乱抢，互相争杀，互相砍死数十人。最后中骑杨喜、吕马童、吕胜、杨武各得一块项羽的躯体。随后五人都被封侯，各有数百食邑。
项羽死后，楚国余下的地盘，都投降汉军，只有鲁国（曲阜）不降。刘邦于是引天下之兵汇集到鲁，要攻屠此城。当初项羽北上救赵前被楚怀王封为鲁公，所以鲁国人为自己的主子项羽守义不降，要为主死节。于是汉军举着项羽的人头给曲阜城上的人看。曲阜的父兄子弟方才下降。于是，鉴于楚怀王曾经封项羽为鲁公，刘邦就以鲁公的礼仪标准把项羽葬在了谷城。汉王刘邦为之发哀，泣之而去。
项氏家族的人，汉王都不诛杀。于是封项伯为射阳侯。而桃侯、平皋侯、玄武侯也都是项氏的人，赐他们姓刘。
太史公曰：我听周生说舜大约是重瞳子（一个眼睛有俩瞳孔），又听说项羽也是重瞳子。那么项羽大约是舜的苗裔了？可是他为什么兴起的那么暴呢（舜是仁的）。秦朝政治混乱，陈胜首先发难，豪杰尽起，互相并争，不可胜数。但是项羽并没有尺寸的封地可依靠，只是起自陇亩之中（布衣），三年时间，遂带领五家诸侯而灭掉秦朝，分裂天下，封出王侯，政治由项羽出，号为“霸王”，虽然没有坚持到最终，但也是近古以来所不曾有的。等后来项羽背约不封刘邦为关中王，放逐义帝而自立，那么再怨诸侯随后都背叛了自己，那也是难的啊。他自矜自己的攻伐，奋其私智（使用自己的私智、小聪明、设计）而不师古，说是霸王之业，要以力征来经营天下，五年终于而亡了自己的国，身死东城，还不觉悟不自责，那是错了啊。却说“是天要亡我，不是用兵之罪也”，岂不谬哉。
笔者案：项羽大王虽然勇猛，他所率领的军队在正面战场，确实战斗力很强，但是这只军队却越打人越少，粮食也越少。最后项羽在成皋、垓下，都是兵少、粮少，最终被围困。
也就是说，打仗除了人的因素，还有粮的因素，以及兵员补充的因素，而他人粮越来越少，是因为他的地盘越来越小。
刘邦采取了类似孙膑赛马的策略，以自己这个中驷去在荥阳、成皋一带勉强（借助地形）抵挡项羽这个上驷，一直抵挡了三年（其中几次遇到生命威胁），但是以韩信这个汉军的上驷，去进攻魏（在山西）、赵、齐等中间诸侯（他们也是项羽阵营的）以及救齐的楚将龙且，但这些只能算是中驷。随着韩信的成功，刘邦获得了越来越大的地盘，乃至开始以韩信进攻项羽的老窝彭城。项羽整个陷入西、北、东三面包围。于是，最后项羽兵少粮尽，虽然战场上还是勇武，但败局已定。项羽输的一点都不冤枉。
那么，项羽为什么不改以部将钟离昧或龙且在中原荥阳和刘邦对打，自己亲自北上赵国或齐国跟韩信打呢？因为项羽一心要抓住刘邦，所以他总耗在荥阳。
所以，项羽战略上极其呆板，而汉军一方开辟北方和项羽后方的第二战场，战略上要高明和灵活得多。
刘邦在正面不能战败项羽，就逐渐积累在其他地区的微弱优势，通过三年积累，形成总体优势，即张良说的“有天下太半”，终于在垓下灭掉项羽。
项羽不善于团结和发挥所有人的力量。韩信、陈平、英布这些帮着刘邦一步步走向胜利的人，都是从项羽那边跳槽去的。项羽发现人才以及领导和激励下属以及团结盟友的这些能力，还是欠缺的。虽然个人能将善战，但不能分身到各个方面的战场前线去吧。大约也是因为自信自己本人善战，所以就不大注重对下属和盟友的依靠和激励吧（比如他玩印不受，不爱封功臣）。而刘邦自知能力有限，故舍得老本来分封韩信等人，以吸引和激励之。项羽的优点正也相应地造就了他的缺点。
