楚、汉达成“中分天下”的协议后，项羽放回刘邦的父亲和妻子，便率兵东归，认为天下可从此太平，一心回彭城做西楚霸王去了。刘邦亦欲西归，但这时张良、陈平向刘邦献策：如今大王已有天下的大半，诸侯纷纷归附，楚军则兵疲食尽，濒临灭亡，不乘此良机彻底消灭他们，可谓养虎遗患。刘邦听了恍然大悟，立即掉头追击项羽，并派人通知韩信、彭越南下，合力歼灭楚军。

汉五年（前202）十月，刘邦率军追至固陵（今河南太康南），预定应到这里会合的韩信和彭越两军却没有到达。项羽得知刘邦背约追击，回军反击，大败汉军，刘邦被迫修筑工事固守。张良向刘邦分析韩信、彭越失约之原因说：楚军眼看就要被消灭了，韩信、彭越却还没有得到自己的地盘，他们自然不肯来，您如果能同他们共享天下，他们马上就会来。如果您不愿意，事情还很难说啊！您要是把陈（今河南睢阳）以东滨海一带封给韩信，睢阳（今河南商丘）以北至谷城（今山东东阿南）封给彭越，使他们各人为自己的利益而战，楚军就容易被打败了。刘邦依计行事，韩、彭二人果然立即进兵。十一月，英布、刘贾也围攻楚军后方寿春，并诱降楚大司马周殷，随后亦率兵向刘邦处集结。十二月，汉各路大军共三十万将项羽团团围于垓下（今安徽灵璧）。

此时，项羽的军队尚有十万。曾几何时，刘邦率五十六万联军攻克彭城，项羽仅率三万精兵，便把刘邦打得大败，刘邦仅以数十骑突围而去。如今，项羽若斗志旺盛，指挥得力，奋力拼杀，是还能坚持下去的。刘邦与诸将深知项羽之勇猛，楚军之强悍，若死打硬拼，即使取胜，必伤亡惨重。刘邦与诸将又分析：楚军长期奔杀，疲惫不堪，今日又被团团围住，粮草将尽，士气必然低落，如果再采用攻心战术，设法涣散其军心，丧失其将志，战胜楚军会更加顺利。于是，让汉军将士在夜间唱起楚歌。厌战之情句句入心，思乡之意绵绵入耳。楚军听后大惊，以为汉军已经完全占领楚地，所以才有这么多楚人唱楚歌，于是军心更加涣散。项羽听到这些楚歌亦不禁悲从中来。感到大势已去的项羽借酒浇愁，面对自己心爱的名为“骓”的马和虞美人，情知到了生离死别的时候，于是慷慨悲歌：“力拔山兮气盖世，时不利兮骓不逝，骓不逝兮可奈何，虞兮虞兮奈若何！”虞美人也依声和唱：“汉兵已略地，四方楚歌声；大王意气尽，贱妾何聊生。”然后拔剑自刎。项羽泪流满面，众将士也都泣不成声，抬不起头来。这时，项羽咬了咬牙，骑上骓马，抛下大军，仅率麾下八百余骑，乘夜突围南去。(www.daowen.com)

黎明时分，汉军才发觉项羽已逃，命骑将灌婴率五千骑追击。项羽渡过淮河后，身边仅剩百余人，至东城时只剩二十八人，而汉军已有几千人追到，项羽自料难以逃脱，对随从说：“我起兵至今八年，身经七十余战，战无不胜，攻无不克，才霸有天下。但是今天却困在这里，这是天要亡我，不是我打仗的失误。”项羽打算决一死战，便直扑汉军，连斩两员汉将及汉兵数十人。这样几经转折来到了乌江边（安徽和县西北）。乌江亭长正划着一条小船在江边等候。他对项羽说：“江东虽小，犹有地方千里、人口数十万，足够独立称王，请大王立即渡江，现在唯我有一条船，汉兵赶到了就无法渡江了。”项羽听到“江东”二字，不禁面红心冷，笑道：“天要亡我，我还渡江去干什么？当年我带江东八千子弟渡江西征，如今没有一人生还，我怎么有脸去见江东父老？即便他们不说什么，但我心里能不有愧么？”项羽说完，将战马送给亭长，步行持短剑与追上来的汉兵接战，连杀数人，自己也负伤十多处，最后只好自刎而死。历时四年的楚汉战争，至此告终。