漢元年十月，沛公的軍隊先于各路諸侯到達霸上。秦王子嬰素車白馬，用絲帶系著脖子，封了皇帝的印璽和符節，在軹道旁投降。將領們有的主張殺死秦王。沛公說：“當初楚懷王派遣我，本來是因為我能寬大容人。況且人家已經降服，又殺死人家，不吉利。”于是就把秦王交給了官吏，向西進入咸陽。沛公想要留在宮殿中休息，樊噲、張良勸說后，才封閉了秦宮的貴重珍寶、財物和庫房，回軍霸上。召集各縣的父老、豪杰說：“父老們苦于秦朝的嚴刑峻法已經很久了，誹謗朝政的要滅族，相聚議論的要在街市上處斬。我和諸侯們約定，先入關的在關中稱王，我應當稱王關中。同父老們約定，法律只有三章：殺人的處死，傷人和搶劫的處以與所犯罪相當的刑罰。其余的秦朝法律全部廢除。官吏和百姓都要安居如故。我所以到這里來，是為父老們除害，不會有欺凌暴虐的行為，不要害怕。我所以回軍霸上，是等待諸侯們到來制定共同的規約。”沛公派人與秦朝官吏巡行縣城鄉間，告諭百姓。秦地的百姓大為高興，爭先恐后地拿出牛羊酒食款待士兵。沛公又推讓不肯接受，說：“倉庫的谷子很多，不缺乏，不愿破費百姓。”百姓更加高興，唯恐沛公不做秦王。

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有人勸沛公說：“秦地比天下富足十倍，地勢好。如今聽說章邯投降了項羽，項羽就給了雍王的封號，稱王于關中。現在他即將來到關中就國，你沛公恐怕不能占有這個地方了。應趕快派兵把守函谷關，不讓諸侯軍進來，逐漸征集關中兵，以加強實力，抵抗諸侯兵。”沛公贊成他的計策，照著做了。十一月間，項羽果然率領諸侯軍西進，想要入關，而關門閉著。聽說沛公已經平定關中，大怒，派黥布等攻破了函谷關。十二月間，就到了戲水。沛公左司馬曹無傷聽說項王發怒，要攻打沛公，派人告訴項羽說：“沛公想要稱王關中，令子嬰為相，珍寶被他全部占有了。”打算以此求得封賞。亞父勸項羽進攻沛公。當時項羽飽餐士卒，準備明日會戰。這時項羽兵四十萬，號稱百萬。沛公兵十萬，號稱二十萬，兵力敵不過項羽。恰巧項伯要救張良，夜間去見他。（回來后，）用道理勸說項羽，項羽取消了進攻沛公的計劃。沛公帶來了一百多騎兵，馳至鴻門，來見項羽，表示歉意。項羽說：“這是你沛公左司馬曹無傷向我說的。不然，我項羽何至于做這樣的事。”沛公因為樊噲、張良的緣故，得以脫身返回。回來后，立刻殺了曹無傷。

項羽向西進軍，屠殺無辜，焚毀咸陽秦宮室，所過之處，無不遭到摧殘破壞。秦地的百姓大失所望，然而心里恐懼，不敢不服從。項羽派人回去報告楚懷王。楚懷王說：“按照原來的約定辦。”項羽怨恨楚懷王不肯讓他與沛公一起西進入關，而派他北上救趙，在天下諸侯爭奪稱王關中的約定中落在后面，他就說：“懷王這個人，我家項梁所立，沒有什么功勞，憑什么主持約定。本來安定天下的，是諸位將領和我項籍。”就假意推尊楚懷王為義帝，實際上不聽從他的命令。

正月，項羽自立為西楚霸王，在梁、楚地區的九個郡稱王，建都彭城。背棄原來的約定，改立沛公為漢王，在巴、蜀、漢中稱王，建都南鄭。把關中瓜分為三，封立秦朝的三個將領：章邯為雍王，建都廢丘：司馬欣為塞王，建都櫟陽；董翳為翟王，建都高奴。封楚將瑕丘申陽為河南王，建都洛陽。封趙將司馬印為殷王，建都朝歌。趙王歇遷徙代地稱王。封趙將張耳為常山王，建都襄國。封當陽君黥布為九江王，建都六縣。封楚懷王柱國共敖為臨江王，建都江陵。封番郡吳芮為衡山王，建都邾縣。封燕將臧荼為燕王，建都薊縣。原來的燕王韓廣遷徙遼東稱王。韓廣不服從，臧荼攻殺韓廣于無終。封成安君陳余河間三縣，住在南皮。封給梅鋗十萬戶。

四月，在項羽旌麾之下罷兵散歸，諸侯各自回到封國。漢王回國，項王派兵三萬跟隨，楚國和其他諸侯國的士卒仰慕漢王而追從的有幾萬人。他們從杜縣南面進入蝕中，離開后就燒斷棧道，以防備諸侯軍和匪徒的襲擊，也向項羽表示沒有東進的意圖。到達南鄭，那些將領和士卒很多在中途逃亡回去，士卒都唱著歌，想要回到東方。韓信勸漢王說：“項羽封諸將有功的為王，而大王獨自被封在南鄭，這實際上是貶徒。軍中官吏和士卒都是崤山以東的人，日夜跂踵盼望回家鄉。乘他們氣勢旺盛時加以利用，可以建立大的功業。等到天下已經平定，人人都自然安下心來，就不能再利用了。不如決策向東進軍，爭奪天下大權。”項羽出了函谷關，派人遷徙義帝。說：“古代做帝王的統轄千里見方的土地，必須居住上游。”就派使者把義帝遷徙到長沙郴縣，催促義帝快走。群臣漸漸地背叛了義帝，項羽就暗地里讓衡山王、臨江王襲擊他，把義帝殺死在江南。項羽怨恨田榮，封齊將田都為齊王，田榮惱怒，自立為齊王，殺死田都，反叛項楚，把將軍印給予彭越，讓他在梁地起兵反楚。楚派蕭公角攻打彭越，彭越大敗蕭公角。陳馀怨恨項羽不封自己為王，派夏說游說田榮，借兵攻打張耳。齊借兵給陳馀，擊敗了常山王張耳，張耳逃跑歸附了漢王。陳馀從代接回趙王歇，又立為趙王，趙王就封陳馀為代王。項羽大怒，出兵北向擊齊。

八月，漢王用韓信的計策，從故道回軍，襲擊雍王章邯。章邯在陳倉迎擊漢軍，雍王兵敗退走，在好畤停下來接戰，又失敗了，逃到廢丘。漢王隨即平定了雍地。向東到達咸陽，率軍圍困雍王于廢丘，而派遣將領攻占了隴西、北地、上郡。派將軍薛歐、王吸出武關，借助王陵駐扎在南陽的兵力，迎接太公、呂后于沛縣。楚聽到這一消息，出兵在陽夏阻擋，漢軍不能前進。楚讓原吳縣縣令鄭昌為韓王，抵抗漢軍。

二年，漢王東出略取城邑，塞王司馬欣、翟王董翳、河南王申陽都投降了。韓王鄭昌不愿歸附，漢王派韓信打敗了他。于是設置了隴西、北地、上郡、渭南、河上、中地各郡，關外設置了河南郡。改立韓太尉信為韓王。將領中以一萬人或一郡投降的，封給一萬戶，整修河上郡內的長城。各處原來的秦朝苑囿園池，都讓百姓開墾耕種。正月，俘虜了雍王的弟弟章平。大赦有罪的人。漢王出函谷關到達陜縣，撫慰關外父老，回來后，張耳來見，漢王給了他優厚的待遇。

二月，下令廢掉秦社稷，改立漢社稷。

三月，漢王從臨晉關渡過黃河，魏王豹率兵隨從，攻下河內，俘虜了殷王，設置河內郡。向南渡過平陰津，到達雒陽。新城三老董公攔住漢王，向他說了義帝被殺的情況。漢王聽了，袒露左臂大哭。于是為義帝發喪，哭吊三天。派遣使者通告諸侯說：“天下共同擁立義帝，對他北面稱臣。現在項羽把義帝放逐、擊殺于江南，大逆無道。我親自為他發喪，諸侯都要穿白色喪服。調發全部關內的兵力，征集河南、河東、河內三郡的士卒，向南沿長江、漢水而下，愿意跟隨各諸侯王討伐楚國殺害義帝的人。”

當時項王向北進攻打齊國，田榮和他戰于城陽。田榮兵敗，逃到平原，平原的百姓殺了他，齊地都投降了楚國。楚兵焚燒齊人的城郭，擄掠他們的子女，齊人又反叛楚國。田榮的弟弟田橫立田榮的兒子田廣為齊王，齊王在城陽反楚。項羽雖然聞知漢軍東進，但既然已經與齊軍交戰，就想打垮齊軍之后迎擊漢軍。漢王利用這個機會劫取了五諸侯的兵力，進入彭城。項羽聽到這一消息，就帶兵離開齊，由魯地出胡陵，抵達蕭縣，與漢軍在彭城靈壁東面的睢水上激戰，大敗漢軍，殺死了很多士卒，（由于尸體的堵塞，）睢水都不能流通了。楚軍從沛縣擄取了漢王的父母妻子，扣在軍中作為人質。這個時候，諸侯看到楚軍強盛，漢軍敗退，又都離漢歸楚，塞王司馬欣也逃到楚國。

呂后的哥哥周呂侯為漢帶領一支軍隊，駐扎在下邑。漢王到他那里，漸漸收集士卒，在碭縣駐軍。漢王西行經過梁地，到了虞縣，派使者隨何到九江王黥布那里，漢王說：“你能讓黥布舉兵叛楚，項羽必定留下來攻打他。如果能夠滯留幾個月，我一定可以取得天下。”隨何去說服九江王黥布，黥布果然背叛了楚國，楚國派龍且去攻打他。

漢王兵敗彭城后向西撤退，行軍中派人尋找家屬，家屬也逃走了，沒有互相碰見。戰敗后就只找到了孝惠帝，六月，立他為太子，大赦罪人。命令太子駐守櫟陽，諸侯國人在關中的都集中在櫟陽守衛。引水灌廢丘，廢丘投降，章邯自殺。把廢丘改名為槐里。于是命令祠官祭祀天、地、四方、上帝、山川，以后按時致祭。征發關內士卒登城守衛邊塞。這時九江王黥布與龍且作戰，沒有取勝，和隨何潛行歸漢。漢王漸漸地征集了一些士卒，加上各路將領和關中兵的增援，因此軍勢大振于滎陽，在京、索之間擊破了楚軍。

三年，魏王豹請假回去省視父母的疾病，到了魏地就斷絕了黃河渡口，叛漢歸楚。漢王使酈生勸說魏豹，魏豹不聽。漢王派遣將軍韓信進攻魏豹，大破魏軍，俘虜了魏豹，于是平定了魏地，設置了三個郡，名叫河東、太原、上黨。漢王命令張耳和韓信向東攻下井陘，進擊趙地，殺了陳余、趙王歇。第二年，封張耳為趙王。

漢王駐軍在滎陽南面，修筑甬道與黃河相連，以便取用敖倉的糧食。與項羽對峙了一年多。項羽多次奪取了漢軍的甬道，漢軍缺少糧食，項羽于是圍攻漢王。漢王請求講和，劃分滎陽以西的土地歸漢。項王沒有同意。漢王憂慮，就采取陳平的計策，給陳平黃金四萬斤，用來離間楚國君臣。于是項羽對亞父產生了懷疑。亞父這時勸項羽乘勢攻下滎陽，等到他知道已被懷疑，就很生氣，推托自己年老，要求乞身引退，回家鄉當老百姓。（項羽答應了，）亞父沒有到達彭城就死了。漢軍斷絕了糧食，就在夜間從東門放出女子二千多人，披戴鎧甲，楚軍便四面圍擊。將軍紀信乘坐漢王的車駕，偽裝成漢王，欺騙楚軍。楚軍都高呼萬歲，爭赴城東觀看，因此漢王能夠與幾十騎兵出西門潛逃。漢王命令御史大夫周苛、魏豹、樅公留守滎陽，將領和士卒不能隨從的，都留在城中。周苛、樅公商量說：“魏豹這個叛國之王，很難和他共守城池。”因此就殺死了魏豹。

漢王逃出滎陽進入函谷關，收集士卒，想再次東進。袁生勸漢王說：“漢與楚在滎陽相持了幾年，漢軍常處境困難。希望君王從武關出去，項羽肯定引兵向南行進，君王深溝高壘，讓滎陽、成皋之間得到休息。派韓信等安輯黃河以北的趙地，聯合燕、齊，君王再赴滎陽，也為時不晚。這樣，楚軍多方設防，軍力分散，漢軍得到休整，再與楚軍作戰，肯定可以打破楚軍了。”漢王采納了他的計策，出兵宛縣、葉縣之間，與黥布在進軍中收集兵馬。

項羽聽說漢王在宛縣，果然帶兵南下。漢王堅壁固守，不和他交戰。這時彭越渡過睢水，與項聲、薛公戰于下邳，彭越大敗楚軍。于是項羽率軍向東攻打彭越，漢王也引兵向北駐軍成皋。項羽已經取勝，趕走了彭越，得知漢軍又駐扎在成皋，就又領兵西進，攻克滎陽，殺了周苛、樅公，俘虜了韓王信，于是進圍成皋。

漢王逃走了，單身一人與滕公同乘一輛車出了成皋的玉門，向北渡過黃河，馳至修武住了一夜。自稱為使者，早晨馳入張耳、韓信的營中，奪取他們的軍隊，就派張耳去北邊趙地更多的收集兵力，派韓信東進攻齊。漢王得到韓信的軍隊，軍威又振作起來。率軍來到黃河岸邊，向南進發，在小修武南面讓士卒吃飽喝足，打算與項羽再一次交戰。郎中鄭忠勸阻漢王，讓他深溝高壘，不要和項羽交鋒。漢王采用了鄭忠的計策，派盧綰、劉賈率兵兩萬人，幾百個騎士，渡過白馬津，進入楚地，與彭越在燕縣城西又打敗了楚軍，隨后又攻下梁地十多座城邑。

淮陰侯已經接受命令向東進軍，在平原沒有渡過黃河。漢王派酈生去說服齊王田廣，田廣背叛了楚，與漢講和，一起攻打項羽。韓信采用蒯通的計策，突然襲擊，打敗了齊國。齊王烹殺了酈生，向東逃到高密。項羽聽到韓信已經全部利用黃河以北的兵力打垮了齊、趙，而且要攻打楚軍，就派龍且、周蘭前去阻擊。韓信與楚交戰，騎兵將領灌嬰配合出擊，大敗楚軍，殺了龍且。齊王田廣投奔彭越。在這個時候，彭越領兵駐扎梁地，往來騷擾楚軍，斷絕它的糧食。

四年，項羽對海春侯大司馬曹咎說：“謹慎防守成皋。如果漢軍挑戰，千萬小心。不要應戰，不讓漢軍東進就行了。我十五天一定平定梁地，再與將軍會合。”于是就進軍攻打陳留、外黃、睢陽，都攻了下來。漢軍果然屢次向楚軍挑戰，楚軍不肯出戰。漢軍派人辱罵了五六天楚軍，大司馬十分氣憤，讓士卒渡過汜水。士卒渡過一半，漢軍出擊，大敗楚軍，全部繳獲了楚國的金玉財寶。大司馬曹咎、長史司馬欣都自刎在汜水上。項羽到達睢陽，聽到海春侯兵敗，就帶兵返回。漢軍正在滎陽東面圍攻鐘離眜，項羽一到，全部撤走到險阻地帶。

韓信已經打垮了齊國，派人對漢王說：“齊國靠近楚國，如果權力太小，不立為暫時代理的國王，恐怕不能安定齊地。”漢王想要攻打韓信。留侯說：“不如就此封他為王，讓他自己防守齊地。”漢王便派遣張良帶著印綬立韓信為齊王。