秦军主力的消灭，为刘邦乘虚入关创造了有利条件。

如前所述，在宋义、项羽北上救赵的同时，刘邦亦受命率一部分义军向西进攻。由于刘邦所部不过万人，因此，西入关中困难仍然是很大的。

为了尽快入关，刘邦采取了边进军、边发展的战略。他在栗县（今河南夏邑）编并了刚武侯的反秦部队四千余人，并联合魏将皇欣、武蒲共同行动，声势渐大。二世三年（前207）二月，刘邦乘巨鹿决战的时机，由砀率军北上，联合彭越领导的起义军，攻昌邑不克，于是折而向西。过高阳时，采纳高阳监门（守城门的小吏）郦食其的建议，攻下储粮甚多的陈留，使部队得到充分补给，并收编郦食其弟弟郦商的四千多人。三月，进攻开封受挫，便绕道西进，在曲遇大败秦将杨熊，刘邦率军长驱直入，一直进军到洛阳东，与秦军交战再失利。于是刘邦改变原来由函谷关进入关中的战略意图，折而向南采取大迂回，出轩辕关险道（在今河南偃师市东南），准备由武关（今陕西商洛市西南丹江北岸）进入关中。这种避实击虚的战略决策，充分体现了刘邦机动灵活的军事指挥才能。

六月，刘邦在犨东（今河南鲁山县东南）大破南阳郡守吕齮的部队，吕崎退保宛城，刘邦急于入武关，欲绕过宛城西进，张良劝阻说：“沛公（刘邦）您虽欲急入关，但秦兵尚众，必定凭险拒守。今不攻下宛城，宛城秦军从后攻击、强大秦军在前面阻击，此道就成危险的道路了。”刘邦听后，连夜偃旗息鼓，绕道回师，黎明时将宛城重重包围，逼迫吕崎投降，齮欲自尽，其舍人陈恢出城游说刘邦，晓以利害，指出宛是大郡都会，人众粮足，若拼死守城，一时难得攻下，恐延误了“先入咸阳者王”的时机。若弃宛西进，宛军追击，势必前后受敌也不利。于是向刘邦建议：“为足下考虑，不如立约招降，仍然封吕齮为郡守，让他留守宛城，您带领他的军队一起西进。那些还没有降服的城邑，会闻声争开城门而待，足下就可通行无阻地西进了。”陈恢的意见正中刘邦的下怀，刘邦接受了他的建议。当南阳守吕齮投降后，封他为侯，继续守宛。宛城的和平解决，反映了刘邦军事手段和政治手段并用的灵活斗争策略，为刘邦以后的快速进军奠定了一个良好的开端，自此之后，各地秦将纷纷效法宛守、不战而降。(www.daowen.com)

八月，刘邦攻破关中的东南门户武关，此时，秦在关东的主力军章邯、王离的军队业已被项羽所歼灭，秦王朝统治集团在起义军的沉重打击和威胁下，内部矛盾迅速尖锐并公开化，丞相赵高逼杀二世，立子婴为秦主。九月，子婴又诛杀赵高，而刘邦大军已进抵通往咸阳的最后一关即蓝田关（又名峣关，今陕西蓝田东南），张良献计先使郦食其、陆贾游说秦将，以利益相诱，然后乘其不备引兵出击，大败秦军于蓝田，从而粉碎了秦军最后的抵抗，决定了其灭亡的命运。

汉元年（前206）冬十月，刘邦率军进至霸上，秦王子婴自知无力抵抗，便“乘素车白马，用丝带系着脖子，捧着封好的皇帝玺印符节”，向起义军投降。秦王朝仅经历十五年，便在农民起义的烈火中走完其短暂的历程。