刘邦有一次奉命押解犯人到骊山，途中有不少人逃脱，因为当时让犯人逃脱是重如死罪，所以刘邦索性放走所有人，这些人也成为后来起义的部分势力。刘邦因此必须逃亡，当时逃犯中就有十余人愿意跟随他一同逃亡，传说刘邦“斩白蛇起义”，之后入砀山。
秦始皇常说“东南有天子气，于是东游以厌之。”刘邦自疑，隐于芒、砀山泽岩石之间。折叠沛县起兵陈胜起兵，沛令恐，欲响应陈胜，萧何、曹参等劝沛令召回刘邦。沛令答应，于是派樊哙往召刘邦。刘邦至沛，而沛令反悔，于是刘邦率约百人于沛县城外射信说服城内人诛杀县令，被立为沛县令，发县中约3千子弟响应起义，攻占沛县等地。刘邦起事后，兵力达到二三千人，攻胡陵、方与，还守丰。
秦泗水监平将兵围丰，为刘邦军所破。接着刘邦命雍齿守丰，亲率军攻薛，泗水守壮战败逃到戚，不久为沛公左司马所杀。刘邦还军亢父。至方与，周市来攻方与，雍齿据丰降魏。刘邦攻丰，不能下。时东阳宁君、秦嘉在留立景驹为王，刘邦欲往投并借兵还攻丰，道遇张良。
章邯别将司马尼北定楚地，屠相，至砀。东阳宁君与沛公率军西迎击，与战萧西，不利，还聚兵于留，再攻砀，三日乃取，得兵五六千人。接着攻下邑，拔之，还军丰。时项梁在薛，刘邦率骑纵骑百余往从，项梁益刘邦卒5000人、五大夫将十人，刘邦反攻丰，拔之。
不久项梁把在外诸将召还在薛，在得知陈王确实已死的迅息后立楚怀王。项梁别号武信君，命项羽、刘邦别攻城阳。项羽、刘邦攻下城阳，然后又在濮阳之东与秦军战，破之。秦军再次聚结，守濮阳、环水，楚军离开去攻定陶，未下，即西略地至雍丘，与秦军战，大破之，沛公将曹参杀丞相李斯之子秦将李由。项羽、沛公还师攻外黄，未下。九月，项羽、刘邦攻陈留时，闻章邯破项梁军而项梁战死，刘、项还师。
吕臣军驻彭城东，项羽军驻彭城西，沛公军驻砀。秦二世二年闰九月，楚怀王徙都彭城，并收项羽、吕臣等诸军自将之。以沛公刘邦为砀郡长封武安侯，将砀郡军。项羽为长安侯，鲁公。吕臣为司徒，其父吕清为令尹。时秦军围赵甚急，赵数向楚请求救兵。楚怀王以宋义为上将军，项羽为次将，范增为末将，北上救赵。
而沛公率军西攻秦。当时秦军强，常乘胜逐北，诸将都认为西入关攻秦没有好处，都不愿去，只有项羽因为叔父之死，愿意随沛公入关攻秦。
入关灭秦
秦二世二年十月（前208年十月），刘邦率军西征，收项梁、陈胜散卒，经砀，至成阳，与杠里秦军夹壁，破魏二军。接着在成武南攻王离军及东郡尉，大破之。随后楚军引兵西，在昌邑遇彭越，与彭越军合攻昌邑，未下。十二月，还至栗，遇刚武侯，夺其军约四千余人。
与魏将皇欣、魏申徒武蒲之军并攻昌邑，未下，绕过至高阳。秦二世三年二月，在高阳，郦食其投奔刘邦，其弟郦商亦将兵跟随。用郦食其策，攻陈陈留，破秦军，得粟。三月，攻开封，未下。引兵西至白马与秦将杨熊战，破之，又追至曲遇东，大破之，杨熊逃至荥阳为秦二世派使者斩杀。四月，南攻颖阳，屠之。
因张良遂略韩地轘辕。当是时，赵别将司马卬方欲渡河入关，沛公乃北攻平阴，绝河津。南，战雒阳东，军不利，还至阳城，收军中马骑。六月，与南阳守齮战犨东，破之，略地至南阳。南阳守齮走，保城守宛。七月，刘邦不再攻宛，直接率军西去，张良及时劝阻，刘邦回师攻宛。
南阳守接受舍人陈恢的建议，降，刘邦封南阳守为殷侯，陈恢千户，引兵西，无不下者，至丹水。高武侯鳃、襄侯王陵降西陵，亦归刘邦，并还攻胡阳。遇番君（吴芮）别将梅鋗，与其一起攻下析、郦等地。是月，章邯降项羽。八月，刘邦用张良计，以郦生、陆贾往说武关秦守将，袭攻武关，破之。九月，进至蓝田，与秦军大战，再破秦军。
用张良之策，其余之地皆不战而降。十月，刘邦军进驻霸上，秦王子婴向刘邦投降。秦朝灭亡。汉元年十月（前207年十月），秦王子婴于轵道向刘邦投降，秦朝灭亡。史家一般以此月为汉元年开始。分封汉王 刘邦 接着刘邦入咸阳，欲止舍秦宫中，为樊哙、张良所谏阻。于是刘邦乃下令封秦宫库， 还军霸上，而萧何等则收秦之图籍等而还。刘邦召秦地诸县父老豪杰，对他们说：“父老苦秦苛法久矣”，然后与他们约法三章，悉去秦之苛法，并令吏人仍守旧职。
同时也拒绝了秦人犒劳。刘邦此举，大得秦人之心，唯恐刘邦将来不为秦王。 有人告诉刘邦说：“秦富十倍天下，地形强。今闻章邯降项羽，项羽乃号为雍王，王关中。今则来，沛公恐不得有此。可急使兵守函谷关，勿纳诸侯。”刘邦采纳命人守函谷关。十一月中旬，项羽率诸侯联军进至函谷关，闻刘邦已定关中并派人守住了关口，大怒，下令黥布等攻破函谷关，十二月，至戏（今陕西西安），欲攻刘邦。
而刘邦军的左司马曹无伤派人向项羽告密，项羽更怒。而项伯因与张良有旧，往刘邦军欲携张良离去，张良因项伯求项羽罢兵。因此发生了鸿门宴故事。鸿门宴中，项羽未听从亚父范增之计，使得刘邦逃过一劫。（有名的俗谚“项庄舞剑，意在沛公”即出于此。）
楚汉之争
项羽进入咸阳， 楚汉之争-高祖雄风 杀子婴，劫掠财宝，火烧阿房宫（根据考查，应为咸阳宫），自称西楚霸王，俨然天下共主，分封群臣。项羽为了困住刘邦，将刘邦分封到巴蜀汉中一带为汉王，而却将怀王先前许诺的关中之地封给三个秦朝降将（史称三秦）。项羽立楚王为天子，但不久命人将其杀死，以报楚王不遣他入关的仇怨。
项羽刺杀楚王，加上分封无法服众，各国起兵叛变，刘邦趁项羽出外平乱暗渡陈仓出兵关中，甚至一度攻占项羽的根据地彭城。 经过楚汉之间长期的拉锯战，在萧何、张良、韩信等的协助下，刘邦所率领的汉军逐渐坐大。楚汉两国协议以鸿沟为界，鸿沟以西为汉，以东为楚，互不侵犯。
但是，当项羽遵守诺言退兵，并放回曾被扣为人质的刘邦的父母妻子之后，刘邦却背信偷袭。项羽退到垓下，刘邦用四面楚歌之计瓦解楚军军心，最后项羽走投无路，自觉无颜见江东父老，只好自刎于乌江边。这场历时近五年〔高帝元年（公元前206年）四月至五年（公元前203年）十二月〕的楚汉战争，终以刘邦一统天下，项羽彻底败亡而自杀而告结束。公元前202年初（汉五年十二月），项羽败亡。 折叠登基称帝 高帝五年（公元前202年）正月，追尊长兄刘伯为武哀侯，以楚义帝无后，徙齐王韩信为楚王，王楚地。魏相国彭越定梁地，拜为梁王。诸侯及将相们共同尊请汉王刘邦为帝。
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