南边的反应在预料之中，这种结果相当好，虽不助力，但汉军不会受到南楚的威胁。后面楚汉战争全程，南阳、颖川、巴蜀始终未受到南楚诸侯及吕青的攻击，说明外交工作成效显著。
汉王在洛阳部署完毕，准备出师。有道是“兵出无名，事故不成”、“明其为贼，敌乃可服”。刘邦听人劝谏，为义帝熊心发丧，举起尊共主义帝、诛逆贼项羽的大旗。发使遍告诸侯，合力南下攻楚。
项羽入齐恶斗，田横渐渐不支，多次发使汉王请兵。此时发兵，恰抓住战机。
汉二年三月，汉王在洛阳发出攻楚命令：令萧何、周勃定三秦守关中，张耳、韩信守河南三川地，傅宽镇河内，陈豨守河间。令吕泽、王陵等出南阳，击砀南。发使赵王歇、陈馀，请赵、代军攻济北和鲁地楚军，助田横会战项羽于齐地。刘邦则率曹参、樊哙、郦商等部与诸侯军会于梁地济水沿岸，南下全力攻楚。
汉诸侯联军数十万进入梁地，如万钧击卵，梁地楚军败散。魏豹亦招抚东魏旧部，分部循抚城邑。定陶守项襄举城投降，巨野泽彭越率军从汉。汉王刘邦封郦商、彭越为梁相国，镇守梁地济水沿线。封东魏降将申徒为魏公，王武、邢说为将，魏豹率部监东魏军平定深沟沿线及砀郡东北。
汉王主力兵分三部，一部由樊哙领军，沿深沟至鲁东，过泗水进薛地，攻打鲁、邹、瑕丘、薛，守泗水东线，控制沂沭通道，屏护砀郡东向安全。一部由曹参率领，取外黄，沿睢水南下控制砀郡，维护彭城西向安全。命吕泽、王陵为特将，率所部取道颖川，向东直击砀、丰、沛。汉王亲率诸侯军出定陶，过昌邑，沿泗水西侧南下进击彭城。
诸侯联军泰山压顶，纵向如同三把铡刀切下，横向又如一把利刃插入，砀、薛、泗水各郡被击穿，西楚彭城失守。
汉王刘邦的部署看上去是一个完美的方案，联军五十余万，围绕砀郡、泗水郡，在东、西、北三个方向部署了铜墙铁壁，彭城如同处于安全罩内。项羽主力只有十余万，被隔绝于齐鲁之地，齐、赵、代诸侯军又与楚军缠斗。只待楚地安定，大军即挥师东攻齐鲁，灭项羽必矣！
于是攻破彭城后，汉王与诸侯都有歇口气、缓缓神的想法。甚至还有提前庆贺的意味，日日置酒高会，一片胜利的喜悦。
这里插曲一下，攻破定陶、彭城之后，项羽从关中掳掠走的金珠宝器，大部又被汉军所得，能运的运回到了关中，也算是物归其地。在定陶还有一大收获，刘邦一眼相中西楚霸王后宫美人戚姬，爱幸非常。遇到戚姬的那一刻，就是蝴蝶煽动了第一下翅膀，后来引发大汉宫中残杀事件。后话后面具体再说。
刘邦等人沉浸在楚舞和美酒中，尚不知危机正在悄悄降临。再完美的方案都有薄弱之处，汉王的灭楚方案也是一样。
北方诸侯只所以联合反楚，只因为项羽不认可他们的政治名份。定陶易主、彭城失守，生死存亡关头，项羽就不那么固执了，放下身段，发使与诸侯和谈，承认赵王歇、代王陈馀、燕王韩广的合法性。想要的已经到手，赵、代、燕等开始首鼠两端，停止对楚攻击。对齐国，项羽派舌辩之士游说，承认田广为王、地有三齐。齐国想得到的全得到了，巴不得停战，于是田横与项羽停战言和。对魏豹，则两手做工作，向魏示好，同意东魏地好商量；又重点做东魏旧部申徒、王武等人的工作，既送钱财又封高官。魏豹在踌躇，而东魏旧部却被说动了。
关中分封诸侯之时，东魏这块地硬生生被项羽切下来划归已有。对于东魏的旧部，项羽则采取较开放的态度：要跟魏豹就去河东，不拦；要留下，楚国择贤任用，论功行赏。眼见天下安定，东魏豪杰及子弟皆恋故土，因而大部分留了下来。魏豹东出攻楚，欲招旧部，一靠感情，二靠官爵，给旧部封赏高过楚地的官职，于是大家满心欢喜迎接故主。项羽方法也简单实用，直接加码，承诺事后论功行赏，大者王、小者侯，这诱惑力，就说你干还是不干？于是魏旧部申徒、王武、程处等人动摇了。
防守深沟、济水南线梁地的兵力以魏军为主，这个防线是诸侯联军铁桶防线的桶底，桶底不知不觉漏了，项羽反击的时机就到了。
现在明面上刘邦掌握大军五十余万，实质上诸侯们已各怀鬼胎急欲脱身。战国诸侯纵横经验历历在目，无论汉还是楚，谁一家独大都是其他诸侯不愿看到的。现在让汉灭楚，不如楚汉并存、势均力敌，这样齐、赵、代、燕、魏才有生存空间啊！因此虽看着诸侯联军乌泱泱一大堆，实际都在琢磨如何带着战利品顺利返国，就剩下汉军一心求战而不自知。
项羽在齐地，齐地与彭城隔着魏地，东魏旧部的态度左右着战争的走势。王武、申徒等本是土著豪杰，陈胜首义反秦，旁郡魏地纷纷响应。周市到了魏地，靠着一张嘴劝说，大家投到魏咎旗下。魏咎尚未将各路人马捏合凝聚为一体，章邯大军就杀了过来，这个松散联盟瞬间鸟兽散，魏咎降城自杀。魏豹自立为王，这个松散联盟又松松垮垮聚合起来。魏豹席未暇暖，又被迁到河东，魏地各支武装又跟了楚。项羽和大家脸还没认熟，魏豹和刘邦又来了。旧主召唤，大家又从了汉王和魏豹。俗话说天不可无日、国不可无主，但东魏这儿地上之主乱纷纷，从国变郡、从郡变国，不停地变、变、变，让东魏将卒眼花缭乱，该效忠于谁呢？有没有持大义者？以前有，但想实现魏复国梦的都跟着魏豹去了河东。说到底，留在东魏地面上的大多是投机主义者，没什么必须遵行的家国大义，保存实力是生存哲学，争取利益是现实需求，投左还是投右，就看谁出的价码高。汉王封郦商、彭越为梁相国，成了梁地的实际控制人，申徒、王武心有不满，干脆转身投向了项羽。
被汉军端了老巢的楚军心急如焚，想全军返楚，又担心被层层围困、前后夹击，内无粮草、外无救兵、必败无疑。射人先射马、擒贼先擒王。反复斟酌后，决定奇袭，派出精锐骑兵直插彭城，对汉军实施斩首行动。
决策已定，项羽亲率骑兵三万人出齐地，过齐鲁古道至鲁地。稍作整顿，便出鲁地，过申徒、王武防区。魏旧部大门洞开放行，项羽骑兵径胡陵、方与，昼夜兼程，突降至彭城西面的萧县。
彭城西是砀南，有吕泽、曹参等人驻军，当汉军发现楚军骑兵行踪之时，已来不及有效组织防御。
楚骑千里来袭，汉王事先竟未得知半点消息，直到项羽杀破萧地联军，汉王才如梦方醒，急急调兵遣将，布防彭城西线。平明，项羽骑兵来攻。战至日中，大破汉联军。汉军退至灵壁，汉王列阵再战。又败，全军溃散。
这一战，汉联军败得极其惨烈，死伤无数。士卒败逃，慌不择路、纷纷逃入河中，睢水为之不流。汉王余部成为楚军攻击的重点对象，被团团围住、不能破围。
也许真是天命所归，就在汉王刘邦困窘之时，大风从西北起，折木发屋，砂石飞扬，天昏地暗。这一场突起的龙卷风，如同天降神兵助阵，迎面吹得楚军大乱，人马立不住脚。汉王趁机突围，率百余骑逃循。
这场惨败教训极其深刻，值得后世复盘总结。东汉荀悦评论说，立策决胜之术，其要有三：一曰形，二曰势，三曰情。形者，言大体得失之数；势者，言其临时之宜、进退之机；情者，言其心志可否之实也。从形上看，汉联军四五十万，处于绝对优势，似乎处于不败之地。但从势上看，汉王以为大局已定，天天置酒高会，大飨诸侯士卒，将士骄惰、警备松驰。从情上看，联军并非坚固一体，诸侯都怀私心、将士多欲渔利，有利则进、无利则退、失利自保，缺乏拼死一战的信念。而楚军则不同，拥有西楚强国之名而被攻陷都城，人人情绪激愤、个个争欲赴死。彭城之战，是楚军以精锐敢死之卒对战诸侯骄惰赴利之军，这是汉联军失败的主要原因。
除了形、势、情之外，用兵上也有教训。项羽将战场预设在彭城之西，此地平坦开阔、适合骑战。汉军仓猝应战，不坚守城池，却欲于城外决战，失去地利优势。汉兵败彭城，退路被断，复西撤数十里于灵璧固守。灵璧周边地虽丘陵起伏，但溪水纵横，利于骑兵机动，却不利于步卒结阵，汉军又败。在未探明楚军虚实之时，汉王便引大军于萧、彭之间与楚军决战，此举正合项羽所愿，是按照项羽的思路、在项羽指定的地点会战，岂有全胜把握。楚骑兵机动灵活，利则进不利则退，往复穿插，避实击虚，萧、彭之地诸侯联军败退，其他地区诸侯军闻风而退，遂成瓦解之势。
所谓的诸侯合纵，皆是以利相结，若可渔利则进取，利尽害生则败散。大敌当前，诸侯各思自保，率部先行溃逃，全须全尾脱离战场。汉王不甘败局，亲冒锋矢数欲再筑防线，几次身陷险境。但败局已定，汉王一军虽勇，也难以挽回局面。
如果找一场类似的战争，那就可比拟符坚的淝水之战，草木皆兵、风声鹤唳，前秦百万之师，却兵败如山倒。何其相似！