汉王二年（前 205年），刘邦借着项羽大军北上攻齐，深陷齐国泥潭之际，平定了三秦，准备率军东出与项羽争天下。先是率军出函谷关到达陕县，抚慰关外父老。这时候被陈余打得大败的张耳前来依附于他，刘邦也优待了他。到了二月的时候，刘邦干脆下令，废掉了秦朝的社稷，设立汉社稷以示改朝换代。三月份，刘邦率军从临晋渡河，这是魏王魏豹也已归附刘邦，率军跟随刘邦作战。很快刘邦就攻下了河内，俘虏了殷王司马卬，刘邦将他的封地设置为了河内郡。接着刘邦率军向南渡过平阴津抵达雒阳，又迫降了河南王申阳，也将他的封地设置为河南郡。

这时候的刘邦那可谓是风头正盛，刘邦正琢磨着要以什么理由跟项羽开战呢，就在这时候，新城（今河南省伊川县西南）的三老（官名，主管一乡的教育相当于现在的教育局局长吧）董公拦住了刘邦，向刘邦哭诉义帝熊心被项羽派人杀害的经过。刘邦听了之后，先不管是不是真的难过，也得表现出如丧考妣的模样来，毕竟刘邦原先也算是楚怀王的属下。接着刘邦就为义帝熊心发丧，哀悼三日。接着就是派出使者向诸侯发布项羽的大逆不道的罪状了。刘邦说道：“天下共同拥立义帝，对他北面称臣。现在项羽不但把义帝放逐了，还杀害义帝于江南，大逆无道。我亲自为他发丧，诸侯们也都应该穿白色丧服以示哀悼。我发动全部关内的兵力，征集三河的士卒，顺长江、汉军南下，愿意跟随各诸侯王讨伐楚国杀害义帝的人。”以此号召诸侯讨伐项羽为义帝报仇。至此拉开了楚汉之争的序幕。

汉王二年，五月（前 205年），刘邦率领着五路诸侯的五十六万兵马攻打楚国，一举攻破了楚国都城彭城。刘邦攻下彭城后，被胜利冲昏了头脑。开始在彭城内搜罗财宝美人，还大摆筵席整日与诸侯喝酒庆祝。

项羽这边呢，正在攻打齐国呢。前文咱们说道田荣反楚被杀后，本来齐人已经投降了，但是项羽的部队还是一路烧杀抢掠，所以齐人又反了。田荣的弟弟田横立田荣的儿子田广为齐王，聚拢兵马在城阳反楚。项羽虽然闻知汉军东进，但他想既然已经与齐军交战，就想打垮齐军之后迎击汉军。没成想刘邦居然利用这个机会劫取了五诸侯的兵力，攻占了国都彭城彭城。项羽听到这一消息，留下他的部将继续率军攻打齐国，自己立马就带一支三万兵马的精锐部队离开齐地，经由鲁地出胡陵，早上抵达萧县一路从西打到东，到了中午的时候就已经打到了彭城，刘邦的军队毫无准备，被打得猝不及防顿时便是兵败如山倒，杀死了十余万汉军。一看这败势无可挽回，刘邦只好率军向南而逃。项羽便领军一路追击，在彭城灵壁东面的睢水上再次激战，再次大败汉军，又杀死了十余万汉军，尸体落入睢水之中(由于尸体的堵塞)睢水都不能流通了。项羽率军把刘邦团团围住，眼看刘邦已经无路可逃了，这是候刘邦的主角光环效应来了，突然挂起了一阵大风把楚军的阵脚都给吹乱了，刘邦仅与张良率数十骑兵突围逃脱了，一路逃到了下邑。项羽于是还从沛县抓来了刘邦的父母跟老婆孩子，放在军中作为人质。这个时候，诸侯看到楚军强盛，汉军败退，又都离汉归楚，塞王司马欣也逃到楚国，以刘邦为首的反楚联盟也就此土崩瓦解。

刘邦逃到了下邑，当时吕雉的的哥哥，也就是刘邦的大舅子周吕侯就驻扎在下邑呢，所以刘邦率军逃到了这里。这时刘邦狼狈不堪，惊魂未定，心灰意冷，万念俱灰。他沮丧地对群臣说：“关东地区我不要了，你们谁能立功破楚，我就把关东平分给他。你们看谁行？”在此兵败危亡之际，又是张良匠心独运，为刘邦想出了一个利用矛盾、联兵破楚的策略。他说：“九江王英布，是楚国的猛将，现在与项羽有了隔阂；彭城之战，项羽令其相助，他却按兵不动。项羽对他颇为怨恨，多次派遣使者责问他的罪过；彭越因项羽分封诸侯时，没有得到封赏，也早对项羽怀有不满，而且田荣反楚的时侯也曾联络彭越造反，为此项羽曾令萧公角攻伐他，结果没能成功。这两人都可以利用。另外，汉王您手下的将领，只有韩信可以委托大事，独当一面。大王如果能用好这三个人，那么楚军就可以打败了。”这就是著名的张良“下邑之谋”。

汉二年（前205年）六月，刘邦率部退到了荥阳，一路收集败兵，并派韩信、灌婴等在京索之战中击败了楚追兵，得以喘息，稳住了阵脚，遂重整军队，依托关中基地和有利地势与项羽长期抗争。七月，汉军引水灌废丘城，章邯终于兵败自杀，刘邦把废丘更名为槐里。章邯自杀之后刘邦完全解除了后顾之忧；刘邦在听取了张良的下邑之谋后便派一个叫隋何的说客到九江王黥布那里，刘邦跟他说：“你能让黥布举兵叛楚，项羽必定留下来攻打他。如果能够滞留几个月，我一定可以取得天下。”隋何去说服九江王黥布，黥布果然背叛了楚国，项羽于是派麾下将领龙且去攻打他。接着又派人去联络彭越让他带兵侵扰项羽的楚军，断绝楚军的后援粮草。同时再派韩信率兵向北攻击燕、赵等地，发展壮大汉军力量，迂回包抄楚军。也就是这时候，之前跟着刘邦的魏王魏豹突然找到刘邦说他父母病了，要回家去探病。刘邦同意了，于是魏豹就率着他的军队离开了，可是刚刚过了黄河到了魏地，魏豹就截断了黄河渡口，叛汉归楚了。刘邦刚开始还派来郦食其去劝说魏豹，可这魏豹就是不听，铁了心不跟刘邦一伙了。于是刘邦就派出了大将军韩信去收拾他，刘邦任命韩信为左丞相率兵去攻击魏豹。魏豹把重兵布守在蒲坂，封锁河关（黄河渡口临晋关后改名蒲津关）。韩信故意多设疑兵，陈列船只假意要渡河关，而高邑等将领的伏兵却从夏阳以木盆、木桶代船渡河，袭击魏都安邑。魏王豹大惊，引兵迎击韩信，韩信大胜，俘虏魏豹，平定了魏国，改魏为河东郡。刘邦又令张耳与韩信东下井陉灭赵，张耳这边攻下了赵国并且杀了陈余和赵王歇，刘邦在第二年的时候封他为赵王。

同年冬，项羽发动反攻，刘邦被项羽围困在荥阳城内，并被断绝了外援和粮草通道。刘邦想向项羽求和，项羽也不答应。形势十分危急。于是刘邦采用谋士陈平的反间计，刘邦从仓库中拨出四万斤黄金，买通楚军的一些将领，让这些人散布谣言说：“在项王的部下里，范亚父和钟离昧的功劳最大，但却不能裂土称王。他们已经和汉王约定好了。共同消灭项羽，瓜分楚国。”这些话传到项羽的耳朵里，使他起了疑心，果然对钟离昧产生了怀疑，以后有重大的事情也就不再跟钟离昧商量了。他甚至怀疑范增私通刘邦，对他也不像之前那样敬重了。