当刘邦在关中巩固其根据地的时候，项羽却在东方以暴自绝。汉二年（前205）冬十月，项羽派人逼杀义帝，终于将可用以号召各路诸侯的傀儡偶像也抛弃了，这更加速了项羽大分封的分裂。汉二年（前205）正月，项羽打败田荣后，在田荣所占故地坑杀降卒、烧毁城郭、掳掠妇女，从而激起当地人民的强烈反抗。其中田荣之弟田横收拢齐亡卒万人，在阳城与项羽军顽强对抗，使项羽军陷入齐人抗战的泥沼之中而不得脱身。

汉二年（前205）三月，刘邦趁项羽军被牵制在东方之机，率兵大举东进，从临晋渡河，以锐不可当的攻势，先后迫使魏王豹和殷王司马印投降。项羽不反省自己对刘邦东出估计不足的失误，反而归罪于平定殷地和荐举殷王的将吏，项羽身边的重要谋士陈平因此觉得项羽不能成大事，又恐被诛，便派人归还项王赐予的黄金和官印而投奔刘邦。刘邦经与陈平交谈后，知他是个人才，便立即授予都尉官职，并让他当陪乘官，特意加以笼络。

汉军东进不断获胜，在短时间内占领了今河南、山西中南部的广大地区，并把这些地区的分封体制改为郡县，以便直接控制。之后，汉军继续进军到达洛阳新城，三老董公向刘邦献策道：“臣听说‘顺德者昌，逆德者亡’，‘兵出无名，其事不成’。所以说：‘揭露敌人的罪恶，敌人才可征服。’项羽素来无道，逐放并谋杀其君主义帝，是天下的逆贼。仁爱不靠武勇，正义不靠暴力，让三军都为义帝穿上孝服，告谕诸侯，为义帝被杀而东讨逆贼，四海之内莫不仰戴您的德行。这是效法夏、商、周三王的义举啊。”意思是要刘邦以项羽杀楚怀王为口实，置项羽于不义的被动地位，然后大张旗鼓地举行“正义”的讨伐。刘邦觉得这一计策可行，便马上下令公开为义帝发丧，他自己则脱衣袒臂，装腔作势地号啕大哭，临哀三日，其伤悲之情不亚于死了他自己的亲老子。同时，刘邦又派出使者出使各诸侯王国，号召各路诸侯王出兵讨伐，宣称：“寡人亲自为义帝发丧，诸侯也都应该穿白戴素。寡人将出动关中全部军队，聚集河南、河东、河内三郡的士兵，向南沿长江、汉水而下，希望与各诸侯王一起去攻打楚国那个杀害义帝的罪人！”这样，刘邦打着“讨逆”的旗帜，在政治上争得了主动，从而为向项羽的开战找到一个堂而皇之的理由并创造了有利条件。

与此同时，项羽的专横暴戾使得众叛亲离，许多人叛楚归汉。先后集聚到刘邦周围的有陈余、彭越等武将，还有一半以上的诸侯王归顺了刘邦。其中，在争取陈余的过程中，刘邦颇费心机，使了一个“移花接木”之计才收服了陈余。原来刘邦派人联络陈余共同击楚，但陈余对已投靠刘邦的宿敌张耳仇恨未消，提出“汉杀张耳乃从”的条件，刘邦当然不能在大敌当前时干这种背信弃义的事情，但为了笼络陈余，刘邦便好不容易找到一个貌似张耳的人，斩其首送给陈余，陈余果然中计，遂派兵助汉攻楚。

以上现象表明，形势是朝着有利于汉军方面发展的。公元前205年四月，刘邦率五路诸侯联兵共五十六万人，乘项羽主力被牵制于齐地而不得脱身之机，一举攻占了项羽的老巢彭城。(www.daowen.com)

刘邦轻易获胜，使他忘记楚、汉两军实力悬殊，楚军的兵员和战斗力远远超过汉军的实际情况。因此，入彭城后，刘邦的“好酒及色”的本性又膨胀起来，只顾收罗宫中财宝和美女，行欢作乐，沉醉于胜利之中。轻敌、麻痹、斗志松懈的气氛笼罩整个部队，如此骄兵岂能不败。

当刘邦陶醉于彭城之际，项羽见都城陷落，决心洗耻雪辱，亲率精兵三万从鲁南下，与汉军激战于彭城，楚军复仇心切，越战越勇，半天时间内不仅收复彭城而且将汉军的一部分追逼到彭城东北的泗水，使汉军前有水阻，后有追兵，淹死、战死十余万，另一部分汉军随刘邦向南撤退，楚军又追至睢水，使汉军处于绝境，十余万汉军或被斩杀或挤落水中，一时间竟使“睢水为之不流”。刘邦的主力全军覆没，仅以数十骑乘大风突围西逃。当时其妻吕雉之兄在下邑驻兵，刘邦至此获救，并在这里收拾余众，整顿兵马，略事喘息后西归至荥阳。

彭城之役，刘邦的胜利如昙花一现，顷刻之间落得大败，其主要原因首先是刘邦进袭彭城后，以为项羽的根据地已破，项羽失去凭借，却不知项羽力量的重心在其所率的军队，而不在彭城，若不能击灭项羽的军队，就不能决定最后的胜利；其次是刘邦入彭城后满足于眼前的胜利，恣意享乐，放松戒备，他没想到联军部队虽多，却都是临时凑合而成，政治态度亦不坚定，多是一些见风使舵的政治投机之辈，战斗力不强。一遇勇猛善战，报仇心切的楚军回师反击，便一触即溃，遭到歼灭性的打击。