自刎
项羽领兵东返，刘邦也打算领兵回关中。张良和陈平则极力劝说刘邦趁机灭掉项羽，因为这时项羽兵不精粮不足，万一他回到彭城，等于是纵虎归山。刘邦听了赶紧命令追击。同时派人命韩信和彭越火速集结，合击项羽。
在公元前202年的十月，刘邦追上了项羽，但到了固陵（现在河南太康西）时，韩信和彭越的军队还没有到达。项羽向汉军猛烈反击，将汉军击溃。刘邦只得坚守不出，问谋士张良有什么良策。张良说如果能封给韩信齐地，封给彭越梁地，那他们两个肯定会火速进兵的。刘邦马上派人许诺韩信和彭越，在击败项羽后立即封他们为齐王和梁王，韩信和彭越也很快有了回音：立即进兵。
同时，楚的大司马周殷也被刘邦派人劝降，淮南王英布领兵也赶来会师。汉军会合各路援军共三十万，和项羽决战垓下。夜里，围困项羽的汉军唱起了楚国苍凉的歌，使项羽以为汉军已占有全部楚地。走投无路的项羽在大帐中和心爱的虞姬饮酒，乘着酒力慷慨而歌：“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!”虞姬唱道：“汉兵已略地，四放楚歌声。大王意气尽，贱妾何聊生。”
虞姬当着项羽的面含泪自刎，项羽擦去眼泪，跃马率领八百骑兵趁夜突围。第二天早晨，汉军才发现项羽已经突围而去，刘邦命令灌婴率骑兵火速追击。项羽在渡过淮河后，身边只剩下了一百人，到达阴陵（现在安徽定远西北)时，因为迷路走入大泽之中。从大泽出来后，项羽向东撤退，在东城(现在安徽定远东南）被灌婴的骑兵追上。项羽随从只有二十八人了，和汉军激战三次，杀伤几百汉军后，项羽最后横剑自刎。至此，楚汉战争以项羽的失败而结束。
