項梁得知陳勝敗亡的消息，接受范增和周偉的建議，擁立死於秦國的原楚懷王之孫熊心爲王，仍稱楚懷王，作爲反秦號召。項梁自稱武信君，掌握軍政大權。可是好景不長，九月，章邯得到補充，大破義軍於定陶一帶。這一仗打得十分激烈，項梁戰死，項梁死的很悲壯，項羽目睹了叔父的死去，心中的怒火熊熊燃燒。
章邯擊敗項梁於定陶後，認爲楚地兵不足憂，即率軍北上攻趙。同年九月，秦軍攻佔趙都邯鄲。趙王退“”守鉅鹿。章邯令王離、涉間率20萬人圍攻鉅鹿，自率20萬人屯於鉅鹿南之棘原，築甬道至鉅鹿城外，補給王離軍。趙王幾次派人向彭城楚軍求救。楚懷王任命宋義爲上將軍、項羽爲次將軍，率主力北上救趙；遣劉邦率一部分兵力乘關中空虛無備，進軍咸陽。冬十一月，宋義率軍抵安陽，滯留46日，企圖坐觀秦、趙相鬥，以收漁人之利。時天寒大雨，軍中缺糧，士卒凍餓，且鉅鹿危在旦夕。十一月，項羽多次建議立即北上救趙，宋義不聽，反下令軍中，不從命者皆斬，而整天飲酒高會。項羽就殺了宋義。楚懷王改命項羽爲上將軍，率軍救趙。當時，鉅鹿兵少食盡，趙將陳餘及燕齊等國救兵畏懼秦軍，不敢出戰。
十二月，項羽命令英布、蒲將軍率2萬餘人渡過漳水救趙，取得初戰勝利。陳餘復請救兵。於是，項羽親自率主力渡河，下令鑿沉船隻，打破“釜甑”，每人只攜三日口糧，以示誓死決戰之心。至鉅鹿，與秦軍相遇，九戰，大破秦軍，絕其甬道，擊殺秦將蘇角、俘虜王離。諸侯軍等敬服，擁戴項羽爲諸侯上將軍。之後，項羽乘勝追擊至漳水南岸，屢次擊敗秦軍。章邯求和未成，率軍後撤。項羽以蒲將軍追擊，至三戶津，再破秦軍。章邯率軍南退，項羽又親率楚軍及諸侯軍追擊，大破秦軍於漢水上。章邯連戰失利，遭秦二世指責，進退無路。七月，章邯率20萬秦軍降楚。至此，秦軍主力全部被殲。項羽即長驅入關。
同期，劉邦率軍由碭出發西進。劉邦採用靈活機動的戰術，避免攻堅，乘虛而進。攻昌邑未下，轉兵向西攻破陳留，隨後，向南迂迴，出轅關險道，攻克宛城，沿途不斷髮展壯大隊伍。八月，用張良計，收買秦將，乘其不備，襲破通往關中的重要門戶武關。是時，秦軍主力已被項羽殲滅，秦統治集團內部矛盾激化。丞相趙高逼殺二世，立子嬰爲秦王。九月，子嬰殺趙高，派兵據守蟯關。劉邦繞過嶢關，與秦軍戰於藍田，三戰三勝，遂破之。軍至霸上，直逼咸陽。漢高帝元年十月，秦王子嬰出降。劉邦進佔咸陽，秦亡。
鴻門位於驪山腳下，原是個名不見經傳的小村子，因兩千多年前，項羽在此舉辦的一場宴會而聞名天下。鴻門之宴，宴無好宴。范增原是勸項羽在這次宴會上殺掉劉邦以絕後患，宴會既開，殺意已露，項莊舞劍，意在沛公。不知是因樊噲在酒宴上生吃了一隻豬腿，令項羽頓覺壯士生猛，還是記着之前曾與劉邦共同對敵的情誼，項羽在宴會中途竟改變了主意，放劉邦離去。項羽在最好的時機沒有殺掉劉邦，當斷不斷，放虎歸山，再找機會可就難了。鴻門宴中，項羽雖然沒有殺劉邦，但是二人心中都知道，從前的同袍之義到此已走到盡頭，日後再見，即爲死敵。同月，項羽火燒秦王宮，屠咸陽城，殺子嬰。秦都的壯麗繁華，歷代秦王的風雲往事，皆隨着咸陽城的滾滾濃煙騰上雲天，漸漸被風吹散，再無蹤跡。
此時的項羽正處在人生巔峯，20多歲的青年靠着無敵的武力掙到了無上的權利。他志得意滿，目空一切。他原本沒權利以諸侯的身份去分封諸侯，此時的天下共主名義上還是楚懷王，但這些名義道義在項羽心中狗屁不如，他封自己爲霸王，便準備以霸王之名行霸道之事。項羽沒有按照約定封劉邦爲關中王，而是把劉邦一腳踢到蜀郡，還是項伯幫劉邦說好話，項羽才把漢中施捨給他，封劉邦做了漢王。當初關中王的約定像一枚毒針一樣紮在項羽的心中，即使將劉邦遠遠踢開也不能釋懷。他將關中一分爲三，任命秦朝的三名降將章邯、司馬欣和董翳爲王，將劉邦包圍住。秦朝的三名降將分治關中，成爲“三秦“的由來。而項羽分封的的其他諸侯，大都在日後的楚漢戰爭中或降或亡，幾個起伏便湮滅在歷史的波濤中，有的甚至來不及翻出些許浪花來。
公元前206年4月，諸侯陸續回到封地。四個月後，楚漢戰爭爆發。