項羽引兵反擊劉邦，大破漢軍，劉邦于是深溝高壑，堅守不出。
劉邦以加封土地為條件，說動韓信從齊地南下，兵鋒直指楚軍側背，劉賈屠滅六縣北上合擊項羽，形成從西、北、西南、東北四面合圍楚軍之勢，項羽被迫率十萬楚軍向垓下后撤。
白虞怒斥項羽，項羽看著虞姬容顏傾城，才藝并重，舞姿美艷的妻子，西楚屠雄霸王項羽第一次低下的高傲的頭，自己殺六國之人，滅秦民百萬，項羽趨向敗局面對虞姬（白虞）酌酒悲歌道：“力拔山兮氣蓋世，時不利兮騅不逝，騅不逝兮可奈何，虞兮虞兮奈若何？”
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白虞看著項羽無奈的搖了搖頭，愴然拔劍起舞，舞姿優美驚鴻一幕，歌和之嘆息道：“漢兵已略地，四方楚歌聲；大王意氣盡，賤妾何聊生。”
“虞姬，不要！”
不久塞王司馬欣，翟王董翳（yi），魏王豹，河南王申陽，殷王司馬卬，趙王歇，常山王張耳，遼東王韓廣，燕王臧荼，這些人離奇死去，矛頭全部指向劉邦。
楚、漢訂盟后，劉邦本想退兵，在張良、陳平提醒下，下令全力追擊楚軍，劉邦以封賞籠絡韓信、彭越、黥布等，垓下劉邦、韓信、劉賈、彭越、英布等各路漢軍約計70萬人與10萬久戰疲勞的楚軍于垓下（今安-徽-靈-璧-縣）展開決戰。
漢軍以韓信率軍居中，韓信引兵三十萬為前軍，將軍孔熙為左翼、陳賀為右翼，劉邦率部跟進，將軍周勃斷后。
韓信揮軍進攻，采用誘敵深入戰術，前軍先詐敗，信引兵后退，命左、右翼軍包抄攻擊楚軍后部步軍。
劉邦以項羽引兵十萬，先與韓信大戰，韓信軍失利往后退卻，令左右兩翼包夾項羽軍，項羽被分割兩半后，被漢軍重重包圍，韓信命漢軍士卒夜唱楚歌，歌云：“人心都向楚，天下已屬劉；韓信屯垓下，要斬霸王頭！”。
致使楚軍士卒思鄉厭戰，軍心瓦解，項羽自忖不能脫身，這時候楊喜來追項羽，項羽大喝一聲，楊喜（后來的赤泉侯，隋文帝楊堅祖先）的人馬俱驚，退后數里！
項羽只有率800人突圍至烏江，這時項羽身邊只剩下28騎了，項羽一路逃到烏江，遇見烏江亭長，亭長勸項羽可以回到江東以圖東山再起，但項羽以無顏見江東父老為由拒絕，并將自己坐下馬賜予亭長，項羽拒絕，在失去了兄弟，失去了虞姬的項羽帶著28騎大戰漢軍，最后全軍覆沒，項羽不愿被俘受辱，項羽下馬步戰，一口氣殺了漢兵幾百人，自己也受了十幾處的傷，而后揮刀于烏江自剄而死。
項羽在死的一時間好看見了自己，我從起兵到現在已經八年，經七十余戰，未嘗敗北，遂稱霸天下，現困于此，非我不仗之罪，而天亡我矣！
項羽看著向惡鬼一樣沖過來的士兵，又想起了巨鹿之戰時，項羽率軍渡過漳水后，下令把船全部鑿沉，把做飯的器具全部毀壞，只帶著三日糧草與秦軍作戰，項羽士卒因此以必死之心奮勇向前，破釜沉舟，何得瀟灑，破咸陽，思鄉得富貴不回故鄉，就像是穿著錦繡衣裳在黑夜中行走，何人知！
（典故項羽錦衣夜行）
項羽死了，徹底的帶著不甘和悔恨離開了黑暗的人間，楊喜因為搶到一條項羽之腿被封赤泉侯，劉邦看著慘死的項羽嘆息道：“項羽有范增而不能用，此其所以為我擒也！”
韓信策馬來到劉邦面前笑道：“言項王之屠雄也。項王喑惡叱咤，千人皆廢；然不能任屬賢將，此特匹夫之勇耳。項王見人恭敬慈愛，言語嘔嘔，人有疾病，涕泣分食飲；至使人有功，當封爵者，印刓敝，忍不能予，此所謂婦人之仁也。”
“哈哈！”笑后劉邦收奪韓信兵權，后改封韓信為楚王，都下邳，彭越為梁王，不久臧荼、張敖、吳芮請劉邦即位稱帝。
劉邦在山-東-定-陶-汜-水舉行登基大典，定國號為漢，是為漢高帝，劉邦即皇帝位后，王后呂雉改稱皇后，太子劉盈稱皇太子。