项羽杀掉卿子冠军之后，威震楚国，名声传遍诸侯。他就派当阳君、蒲将军统兵二万渡过漳河，援救钜鹿。战事稍许有些胜利，陈余又请求援兵。项羽就统率全部军队渡过漳河。渡完河，沉掉全部船只，砸毁锅宠，烧掉营垒，命令士卒每人衹带三天的干粮，藉此向士兵表示决一死战，无退还之心。于是一到钜鹿就包围王离，与秦军九战，截断他们的运粮甬道，大败秦军，杀了苏角，俘虏了王离。涉闲不肯投降楚军，自焚而死。在这个时候，楚军雄冠诸侯。诸侯援军前来救钜鹿的有十多座营寨，都不敢出兵。等到楚军攻打秦军时，诸侯军的将领都在壁垒上观看。楚军战士无不以一当十，杀声震天。诸侯军无不人人颤栗惊恐。这样打败秦军之后，项羽召见诸侯将领，他们进入辕门时，侗个跪着前进，没有谁敢仰视。项羽从此开始成为诸侯的上将军，各路诸侯之兵都隶属于他。
章邯的军队驻扎在棘原，项羽的军队驻扎在漳南，两军相持，尚未交战。秦军几次后撤，秦二世派人责问章邯。章邯恐惧，派长史司马欣请示。司马欣到了咸阳，在司马门等待三天，趟高不接见，有不信任之心。长史司马欣恐惧，逃奔回军，不敢走原路。趟高果然派人追赶他，没有追到。司马欣回到军中，报告说： “相国趟高在朝中当权，下面的人不可能有作为。现在作战如果能够胜利，赵高必定嫉妒我们的功劳；战斗不能胜利，免不了一死。请将军深思熟虑这种处境。”陈余也写信给章邯说：“白起为秦将，南征兼并鄢郢，北坑赵括大军，攻城略地，不可胜数，而被赐死。蒙恬为秦将，北逐匈奴，开拓榆中土地几千里，竟被斩于阳周。为什么呢?功劳太多，秦朝无法再给最高封赏，就找藉El按国法杀掉他们。如今将军做秦将三年了，损失兵员总计有几十万人，而诸侯军纷纷起事，越来越多。那赵高素来献媚奉承，时曰已久，现在形势危急，也害怕二世杀他，因此想藉国法杀掉将军来搪塞责任，派人接替将军来解脱他的祸殃。将军在外的时间久，朝廷内多嫌隙，有功也是死，无功也杀掉。况且上天要灭亡秦朝，无论智者愚者都看得很清楚了。现在将军对内不能直谏，在外成了亡国将军，孑身孤立却想长久容身，岂不可怜!将军何不倒戈，与诸侯联合共同攻秦，自立为王，这跟身伏斧砧、妻儿被杀相比，哪样更好呢?”章邯心存犹豫，暗派军候始成出使项羽军，求订和约。和约尚未订成，项羽派蒲将军领兵渡过三户渡口，屯驻漳南，与秦军接战，再次打垮了秦军。项羽统率全军在污水逞进攻秦军，把他们打得大败。
章邯派人进见项羽，求订和约。项羽召集军官们商议说：“粮食缺少，想要答应他们的和议。”军官们都说：“好。”项羽就与章邯在洹水南边的殷墟会谈。订完盟约，章邯见了项羽，就流着眼泪，诉说趟高的种种行为。项羽于是封章邯为雍王，安置在楚军中。让长史司马欣担任上将军，统率秦军为先锋。
汉元年，项羽率领诸侯兵三十多万人，一路进军攻占城池，打到河南，接着又到达新安。诸侯军中的官兵过去服徭役或防守边疆路过秦中时，秦中官兵对待他们多有无礼之处，等到秦军投降了诸侯，诸侯军中的官兵们很多乘胜把秦军官兵当奴隶俘虏使唤，随便折磨侮辱秦官吏、士兵。秦军官兵很多人暗地议论说：“章将军等人诈骗我们投降诸侯，如果能够入关破秦，那是大好事；如果不能，诸侯军俘虏我们去东方，秦朝定会杀尽我们的父母妻儿。”将领们暗中查听到这些议论，报告项羽。项羽就召集黥布、蒲将军等人商议说：“秦军官兵人数还很多，内心不服，到关中不听指挥，事情就危险了，不如杀掉他们，而衹和章邯、长史司马欣、都尉董翳等进入秦地。”于是楚军夜间出其不意地坑杀了秦兵二十多万人。
项羽军过函谷关时有兵把守，不能进入。听说沛公已经拿下咸阳，项羽大怒，派当阳君等人攻关。项羽于是进入函谷关，到达戏水西面的鸿门，听说沛公想当关中王，独自占有秦朝府库珍宝。亚父范增也大怒，劝项羽袭击沛公。于是设酒宴让士兵饱餐一顿，准备到第二天交战。项伯是项羽的叔父，向来与张良要好。张良这时跟随沛公，项伯就连夜奔往沛公的军营，把事情都告诉了张良。张良带项伯一起去见沛公，求项伯解除项羽的疑心。次Ft，沛公带领一百多骑兵到鸿门拜见项羽，解释说：“封存秦朝府库，退军到霸上以便恭候大王，闭关是为了防备盗贼，不敢违背大王恩德。”项羽杀害沛公的主意已经打消，范增还想杀沛公，多亏张良、樊啥才得幸免。事情详见《高帝纪》。
过了几天，项羽领兵洗劫咸阳，杀了秦朝降王子婴，烧了秦朝宫室，大火三个月不灭；他夺取秦朝的财宝和美女往东而去，秦民大失所望。这时韩生劝说项王道：“关中依恃山河险阻，四面要塞，土地肥沃，可以建都称霸。”项王看到秦朝宫室都已焚烧残破，又思恋家乡要回东方，说： “富贵不回家乡，就如穿着锦绣衣服在夜间行走。”韩生说： “人家说楚国人家是猴子戴人帽，果真如此。”项王听到后，杀掉韩生。
当初，怀王与诸将领约定，先进入潼关的可在关中称王。项羽已经背叛盟约，项王派人请示怀王，怀王说： “按先前约定的办。”项羽说：“怀王是我项家武信君拥立的，他没有什么功劳，怎么能自己专断当盟主立盟约呢?全国初起事时，暂时拥立诸侯后裔为王，以便讨伐秦朝。然而亲自披甲持枪，首先起事，风餐露宿经历三年，灭秦平定天下的，都是各位将相和我的力量啊!怀王尽管无功，仍应分给他土地，尊他为王。”诸将都说：“好。”于是项羽表面上推尊怀王为义帝，说： “古代称王的，拥有领地千单，必定定居在水的上游。”于是把怀王迁徙到长沙，建都郴县。然后划分天下封地让诸侯称王。
项王、范增怀疑沛公想要占有天下，已经和解之后，又顾忌违约，怕诸侯背离，就暗中谋划道：“巴郡、蜀郡道路艰险，秦朝流放的人都在蜀地。”于是说： “巴郡、蜀郡也是关中七地。”因此立沛公为汉王，领有巴郡、蜀郡、漠中。而把关中划为三份，封秦朝降将为王，用以阻挡汉王。封章邯为雍王，领有咸阳以西地区。长史司马欣，前任橾阳狱吏，曾对项梁有过恩德；都尉董翳，原来劝过章邯投降楚军。因此立司马欣为塞王，领有咸阳以束至黄河地区；立董翳为翟王，领有上郡。改封魏王豹为西魏王，领有河东。瑕丘公申阳是张耳亲近之臣，先攻下河南，在黄河边迎接楚军，因此立申阳为河南王。趟将司马印平定河内，屡次立功，立司马印为殷工，领有河内。改封赵王歇为代王。赵相国张耳向来贤能，又跟随入关，立张耳为常山王，领有趟地。当阳君英布为楚将，常勇冠诸军，立英布为九江王。番君吴芮率领百粤兵协助诸侯，又随从入关，立吴芮为衡山王。义帝的柱国共敖领兵攻南郡，功劳多，立共敖为临江王。改封燕王韩广为辽东王。燕将臧荼跟随楚军援救趟国，接着跟随入关，立臧荼为燕王。改封齐王田市为胶束王。齐将田都跟着一起援救了趟国，接着跟随入关，立田都为齐王。从前被秦朝灭亡的齐王田建的孙子田安，当项羽正渡河救趟时，攻下了济北几座城市，领兵投降项羽，立田安为济北王。田荣背离项梁，又不肯派兵跟随楚军攻打秦军，因此不封。陈余丢下将印离去，不随入关，但一向知道他贤能，对趟国有功劳，知道他在南皮，因此把南皮周围三县封给他。番君的部将梅锅功劳多，因此封为十万户侯。项王自封为西楚霸王，领有梁楚地区九个郡，建都彭城。