韩王成率军前来会合，刘邦就留他守卫阳翟(今河南禹县)，牵制河南秦军，自己则与张良等人进攻南阳郡，击败秦将吕齮。吕齮退守宛城(今河南南阳)，不敢出战。刘邦急于进入关中称王，打算绕过宛城，却被张良劝阻。于是刘邦假意放弃宛城，却于半夜突然掉头杀回。吕齮自知难敌，急派部下陈恢去联络刘邦，说如果允许吕齮投降，并封他为侯，他就愿意打开城门。心急如焚的刘邦立刻封吕齮为殷侯，封陈恢为千户，合并宛城秦军继续西进。
有了吕齮的榜样，丹水(今河南淅川西)、胡阳(今河南唐河南)、析县(今河南内乡西北)、郦县(今河南内乡东北)等地的守将纷纷投降。再加上刘邦军纪律严明，“所过毋得卤(通掳)掠”，因此没遭受多大抵抗就顺利抵达并且攻克了武关。
就在刘邦一路直进的同时，项羽在巨鹿大战中也取得了辉煌的胜利。当时王离率三十万大军包围巨鹿，齐、燕、楚等诸国救兵虽然赶到，却都只敢远远观望，坚壁固守，不敢与秦军接战。楚将宋义驻扎在安阳(今河南信阳西南)，“饮酒高会”46天，不肯前进一步。项羽大怒，遂矫诏杀死了宋义，自封为假上将军，准备攻秦救赵。
秦二世三年(前207)十二月，项羽渡过漳水，冲向秦营。为了向士兵展示有进无退的决心，他下令砸烂饭锅，凿沉渡河的船只——这就是成语“破釜沉舟”的由来。楚军以英布和蒲将军为前锋，项羽统率主力，经过9次激战，杀死秦将苏角，俘获王离，终于解了巨鹿之围。项羽的威名从此如日中天，各国兵马全都归他统一调配，尊其为“诸侯上将军”。
巨鹿之战后，项羽乘胜追击，又在棘原(今河北巨鹿西南)再次大破秦军，章邯恐怕逃回咸阳也难免死罪，干脆就投降了项羽。然而项羽虽然会打仗，却不懂政治，并且心狠手辣。当年十一月，他竟然在新安(今河南渑池东)一夜坑杀秦国降兵20余万!刘邦之宽仁，和项羽之残暴，就此形成鲜明对比。
