诸侯各自前往封国。田荣得知项羽改封齐王田市到胶束，而立齐将田都为齐王，大怒，不让田市赴胶束，趁势占据齐地反楚，迎头攻击田都。田都逃到楚国。齐王田市畏惧项王，就逃往胶束赴任。田荣发怒，追击到即墨，把他杀了。田荣自立为齐王。授给彭越将军印章，让他在梁地反楚。彭越杀死济北王田安。于是田荣兼并了三齐的土地。这时，汉王回军平定三秦。项羽听说汉王已经兼并丁关中，将要束进，齐国、梁地又背叛他，大怒，于是立原吴县令郑昌作韩王抵抗汉军，命令萧公角等人攻打彭越。彭越打败了萧公角等人。当时，张良招抚韩地，并写信给项王说：“汉王失去了应得的封职，希望得到关中，一如盟约所说，就停止军事行动，不敢束进。”又把齐国、梁地的反叛文告交给项王，项王因此无意西进，而向北进攻齐国。项王向九江王英布征兵，英布称病不去，衹派部将率领几千人前去。连产童二年，玺型暗中指使九辽王英布杀害义帝。陈余暗派张同、夏说游说齐王田荣道： “项羽主宰天下，不公平。如今尽把原来诸侯封在坏地方，而将他的群臣诸将封到好地方，赶走原来的国王赵王，竟使他北居代地，我认为不可以。听说大王起兵，而且不听项羽不合理的命令，希望大王资助我陈余一些兵力，让我去攻打常山，恢复赵王原有领地，让我国做齐国的屏障。”齐王同意了，就派兵去赵国。陈余发动三县全部兵员，与齐军协力攻打常山，大败常山军。张耳逃走，归附汉王。陈余从代地迎接原来的赵王歇返回赵国。趟王因此立陈余为代王。项羽到达城阳，田荣也领兵会战。田荣作战不利，逃到平原，平原民众杀了他。项羽于是北进，烧毁、夷平齐国的城市房屋，全部坑杀了田荣的投降士兵，掳掠了齐国的老弱和妇女。一直打到北海一带，所到之处都被摧残、毁灭。齐人聚集起来反叛项羽。这时，田荣的弟弟田横收集齐国的散兵，得几万人，在城阳反楚。项王因此停留下来，连战多次，没有攻下。
汉王统率五个诸侯国的军队，共五十六万人，束进攻打楚国。项王得知，就命令诸将攻打齐国，而亲自率领精兵三万人南进，从鲁县出胡陵。汉军都已攻入彭城，掳掠财货、珍宝和美女，每天备酒盛会。项王从萧县发起攻击，早晨往东打到彭城，中午时分，大败汉军。汉军全线溃败，接连挤进谷水、泅水。汉兵都向南逃亡到山地，楚军又追击到灵辟东南的睢水边。汉军退却，被楚军挤逼，死亡惨重。汉兵十多万人都掉进了睢水，睢水被堵而不流动。而汉王才得以带几十名骑兵逃走。事见《高帝纪》。太公、吕后从小道寻找汉王，反而碰上了楚军。楚军就把他们一起带回，项羽把他们安置在军营裹。
汉王逐渐聚集各路败军，萧何也发动关中兵士齐赴荣阳，在荣阳南面的京邑、索亭之间作战，挫败了楚军。楚军因此不能越过荣阳西进。漠军驻扎荣阳，修筑甬道，靠它取得敖仓的粮食。汉高帝三年，项王多次侵夺漠军甬道，汉王缺粮，请求讲和，划分荣阳以西归汉。项王想听从讲和，历阳侯范增说：“汉军容易对付了，现在不攻取，以后必定后悔。”项王就和范增急速包围荣阳。汉王忧虑，就给陈平四万两黄金来离间项王君臣关系。详情见《陈平传》。项王因此便怀疑范增，渐渐剥夺他的权力。范增大怒，说：“天下事大体已定，君王自己去干吧!希望您赐给我遣把老骨头，回到家乡去。”项王应许了他。范增启程，还未到彭城，发背疮而死。于是，汉军将领纪信诈称汉王前去降楚，欺骗楚军，因此汉王得以与数十骑从西门逃出。汉王派周苛、枞公、魏豹把守荣阳。汉王向西入关集合部队，又往南跑到宛县、叶县一带，招得九江王英布，边行军边收集逃散士兵。项羽听说后，随即带兵南行。汉王加固壁垒不与他交战。
这时，彭越渡过睢水，与项声、薛公在下邳交战，杀死薛公。于是项羽向东攻打彭越。汉王也率军向北进驻成皋。项羽打跑彭越之后，便带兵西进，攻取了荣阳城，烹杀周苛，杀死枞公，俘获韩王信，然后率军围困成皋。汉王逃出了成皋，独自与滕公脱逃，北渡黄河，奔至修武，到达张耳、韩信军中。楚军随即夺取了成皋。汉王掌握了韩信的部队便停留下来，派卢绾、刘贾渡过白马津，进入楚地，协助彭越在燕县城西击败楚军，烧毁了楚军积蓄的军需，攻占了梁地十几座城池。项羽听说后就对海春侯大司马曹咎说：“小心谨慎地守住成皋，如果汉军挑战，千万不要和他们交战，能够不让他们束进就行了。我十五天内一定平定梁地，再回来同将军会合。”于是率兵东进。
汉王四年，项羽亲自率军去攻打陈留、外黄，外黄没能拿下。外黄人几天后才投降，项王命令所有十五岁以上的男子到城束，准备坑杀他们。外黄县令的家臣有个儿子，十三岁，前往劝说项王道：“彭越强迫劫持外黄人，外黄人恐惧，因此暂且投降，等待大王。大王到来，又全部坑杀，百姓难道会有归顺之心!从这裹往东，梁地十多个城邑的人都恐惧，不肯投降了。”项王认为他的话有理，就赦免了要坑杀的外黄人。睢阳以束等地人，听到这个情况都争着归顺项王。
汉军果然多次向楚军挑战，楚军不出战。汉军派人辱骂楚军，五六天后，大司马发怒，指挥部队渡泛水。士兵刚渡过半数，汉军出击，大败楚军，尽得楚军财物。大司马曹咎、长史司马欣都在泛水边自刎了。曹咎原是蕲县监狱属官，司马欣原是塞王，项王信任他们。这时项王到睢阳，听说曹咎等兵败，就领兵同转。汉军正在荣肠东面包围了钟整眯，项型率军来到，还军畏惧楚军，全部奔往险要地带。项羽军也驻扎在广武县进行防守，于是做了一张高几案，把刘太公放在上面，通告汉王说：“如果不赶快投降，我就烹杀太公。”汉王说：“我与项王一起面向北接受怀王的命令，相约为兄弟，我的老爹就是你的老爹。定要烹杀你的老爹，那我希望你分给我一杯肉汤。”项王大怒，要杀太公。项伯说：“天下大事不可预料，况且争夺天下的人不顾全家，即使杀了他也没有好处，衹会添祸罢了。”项王听从了他的话。项王便派人对汉王说：“天下纷纷扰扰几年，衹是因为我们两个人罢了，希望与汉王挑战决一雌雄，别白白熬苦天下百姓老小啊!”汉王笑着谢绝道：“我宁肯斗智，不能斗力。”项王命令壮士出营挑战。汉军有善于骑马射箭的楼烦胡人，楚兵挑战三个回合，楼烦射手就射杀他们。项王大怒，于是亲自披甲持戟挑战。楼烦射手正要射箭，项王怒目呵叱。楼烦射手眼不敢看，手不敢发射，奔回营垒，再也不敢出来。汉王派人侧面打听，原来挑战的就是项王。汉王大吃一惊。遣时项王就靠近汉王，互相面对广武涧对话，汉王列数项王十大罪状。事情记载在《高帝纪》。项王发怒，埋伏的弓箭手射中了汉王。汉王跑进成皋。