只是楚河汉界之盟签订后，项羽如约领兵东归，刘邦正欲西返之时，张良、陈平谏曰：“汉有天下太(大)半，而诸侯皆附之。楚兵罢(疲)食尽，此天亡楚之时也。不如因其机而遂取之。”
于是刘邦听从张良、陈平之言，背约领兵追击项羽的楚军，并传令韩信和彭越，让他们两人尽领各自所部，南下包围合击项羽。
刘邦所领汉军在固陵(今河南太康南)追上了楚军，不过由于韩信和彭越按兵不动，被项羽所领楚军含怒反击，大败退回，结寨防御，以待援军。
在这个随时可能被项羽反戈一击，扭转局势的关键时刻，刘邦听从了张良的建议，先后将韩信封为齐王（齐地本来就是韩信领军攻下的，只是刘邦一直没有将此地封给韩信，只是命韩信为假齐王，也就是代理齐王，此次才将韩信由假王封为真王。）、将彭越封为梁王、将英布封为淮南王，如此一来，韩信、彭越、英布等人便领兵前来汇合刘邦。
众将齐至，汉军顿时集结了四十万大军，刘邦命韩信统领全军，韩信至此，完全发挥出“多多益善”的兵仙本领，不久就在垓下将十万楚军团团包围起来了。
接下来就是后世之人耳熟能详的“十面埋伏”、“四面楚歌”等事了，逼得项羽爱妃虞姬为了免除项羽后顾之忧，在军中自刎，项羽也唱出了那首名传千古的《垓下歌》：“力拔山兮气盖世。时不利兮骓不逝。骓不逝兮可奈何！虞兮虞兮奈若何！”。
虞姬既逝，楚军军心涣散，兵无战心，次日项羽只好舍下大军，领着八百心腹精骑突围往南面而去，项羽一路突围摆脱汉军的追击，等渡过淮河的时候，身边仅剩一百多人了。
等到达阴陵，项羽迷路了，向路边一个老农问路，老农却将他们指到一个沼泽边上，项羽所部无法渡过沼泽，只能折回，却被汉军追兵围上了。
一场激战下来，项羽成功向东突围，到了东城的一座山上，身边只有二十八人了，围困他们的汉军却有数千人马。
项羽看到这种情况，预计此番必无幸理，就对部下说自己从起兵到现在已经八年了，历经七十余战，未尝一败，这才称霸天下，如今被汉军围困于此，是天要自己，非是自己作战不力的结果。
说完这番话，项羽为了证明自己的战力，扬言要下去冲杀汉军，定必取得三次胜利，然后就命部下分成四队冲杀下山，约定在东面汇合。
项羽率领心腹一路冲杀，先斩杀了一名汉将，然后被赤泉侯杨喜追上，项羽大喝一声，吓退了赤泉侯杨喜所部兵马，接着突围出去，又斩杀了一名汉将及击溃其所部。
到了汇合地点，点算所部，二十八骑竟然只折损了两人，众人尽皆敬佩项羽，拼死跟随项羽继续冲击汉军的围困。
项羽一路突围逃跑，逃到了乌江边上，身边已经没有一人跟随了，只余下其孤身一人，这时候乌江亭长迎上前来，劝项羽渡江回到江东，便可卷土重来，与刘邦再分高下。
而项羽思虑一会，估计经过这么多事，已经明白自己是斗不过刘邦的了，回去江东兴兵再起，只会连累江东父老，于是将自己座下乌骓马送给亭长，让亭长带乌骓马上船回去江东。
项羽自己则冲向围困他的汉军，展开步战，一口气杀了数百名汉兵，身上也受了十几处的伤，最终在力尽之前挥剑自刎。
项羽虽然自刎，不过由于刘邦曾许诺得项羽首级者，赏千金封万户侯，故此项羽的尸身惨遭汉军哄抢分尸，最后王翳抢到了项羽的人头，被封为杜衍侯；杨武抢到了项羽的右脚，被封为吴防侯；吕胜抢到了项羽的左臂，被封为涅阳侯；杨喜抢到了项羽的左腿，被封为赤泉侯；吕马童抢到了项羽的一些零碎残骨，被封为中水侯。
一代霸王，兵败自刎，最后竟落得分尸的下场，可谓凄惨之极，难怪后世日本漫画家山原义人在《龙狼传》中，化用了这个故事，创造出了“凤凰”这个角色。
