范增走后，项羽还能凭着自己强大的实力围攻荥阳。刘邦困在荥阳，惟一的希望就寄托在了拥有精兵的韩信身上。此时，韩信的使者到了。刘邦以为一定是韩信发兵救援的消息，没想到打开信一看，是韩信要求刘邦给封一个假齐王的封号，这下刘邦可气坏了，大骂：“我被困在这里，日夜盼你发兵援，你不来救，竟要自立为王……”站在旁边的张良、陈平赶紧对他耳语：“如今你正处在困境中，怎能禁止韩信称王呢？既然禁止不住，何不就势封他为齐王，好好待他，让他好好地守住齐地，不生二心，不这样，恐怕韩信就要反叛。”刘邦听了，立即将怒气忍了回去，改口说：“大丈夫兴兵平定诸侯各国，要做就做真的，为什么要做假的呢？”于是派张良持诏（zhào）书前往，立韩信为齐王，并调韩信的兵来打楚军。但韩信援兵迟迟不来，城内将士连日苦战，精疲力尽，加上粮食缺乏，朝不保夕朝不保夕：形容形势危急难以预料。，为此刘邦焦急万分。张良、陈平本来足智多谋，此时也无回天之力。
正在发愁时，中军帐中进来一将，刘邦一看，来人是汉将纪信。
将军纪信建议刘邦，让自己代替刘邦假装投降，以使刘邦借机逃离。接着刘邦召入陈平，把纪信愿以死诈降一计告知。陈平听后大喜，又想出一条妙计，在刘邦耳边一说，刘邦连连称妙。
于是他们就分头行动去了。这边，项羽接到汉使送来的“降书”后，很是兴奋，忙问汉使：“你家主公何时出降？”汉使答道：“今夜就会出降。”
夜半时分，城东门突然大开，出来一群身着胄（zhòu）的妇女，楚军正在狐疑，只听一阵娇滴滴女声叫道：“我等妇道人家没衣没食，只好逃出求生，请将军们高抬贵手，赏我一线生机。”
楚军那班兵，赶紧围过来观看，其他几个城门的守军也到这里来看热闹。趁着这个机会，刘邦带着陈平、张良、夏候婴、樊哙等人溜出了城。
天亮时分，妇女们已走得差不多了，城内出来了一乘龙车，当中端坐一位王者。楚军一见，都以为是刘邦出降来了，赶紧入报项羽。项羽走近细看，车上那人穿的是汉王衣服，容貌却不大像。
项羽厉声问道：“你是何人，敢来冒充汉王？”车中人回答：“我乃汉将纪信。”项羽知已上当，只得气呼呼地下令把纪信连人带车统统烧成灰。
纪信、陈平合演的这出声东击西声东击西：表面上宣扬要攻打东面，实际上攻打西面，迷惑敌人，出奇制胜。的闹剧，保证了刘邦的指挥部及汉军主力安全撤离了荥阳，十分精彩，当然其中也付出了相当的牺牲作代价。纪信以自己的生命作代价，向刘邦证明了自己的忠心。
项羽占领荥阳后，接着又攻克重镇成皋（ɡāo）。公元前203年10月，成皋被刘邦收复。刘邦攻占成皋后，立即进围荥阳。项羽听说成皋失守，立即回师。
刘邦撤围后退，两军在荥阳东北的广武山形成对峙。对峙数月后，形势开始对项羽不利。因为刘邦在夺取成皋后，可以从敖仓取得军粮，而楚军却由于彭越在后方经常袭击粮道，楚军军粮供应不上。但这时的项羽，已经没有了范增这个高参为他出谋划策，不过他为了逼迫刘邦投降，倒也想出了一个方法。项羽把刘邦作了俘虏的父亲太公带到了阵前，对刘邦说：“现在你不赶快投降，我把你的父亲烹了。”不料刘邦对此毫无所惧，竟说：“我和你曾在怀王麾下共事，‘约为兄弟’，那么，我的父亲就是你的父亲，如果你一定要烹，那就看在兄弟份上也分给我一碗汤吧。”刘邦与项羽斗智而不斗勇，又历数项羽十大罪状，气得项羽弯弓搭箭，差点将刘邦射死。
双方这样对峙对峙（shì）：相持不下。了10个月，最后在辩士侯公的说和下，刘邦和项羽约定：双方以鸿沟为界，“中分天下”，西边属汉，东边归楚。项羽送还了刘邦的父亲和妻子。
鸿沟之约后，项羽率兵东去，而刘邦却露出了其市井无赖的性格。他在张良、陈平的劝说下继续向楚军追击。这时，楚大司马周殷也被刘邦劝降，淮南王英布也带兵前来会战。这样，汉军在兵力上占据了绝对优势。到十二月，双方在垓下会战，汉军30万人团团围住了项羽。项羽此时已是穷途末路，无论在谋臣、良将，还是兵力方面都已比不上刘邦。无奈之中，项羽唱出了“力拔山兮气盖世，时不利兮骓（zhuī）不逝；骓不逝兮可奈何，虞兮虞兮奈若何！”的千古名篇，在宠妾虞姬引颈后率800骑突围，最后逃到乌江边，遇到一位划船的渔夫，他认出项羽，愿意带项羽过乌江东山再起，项羽叹气说：“当年追随我的江东子弟8000人，到现在无一生还，我有何面目见江东父老。”说完拔剑自刎自刎（wěn）：割颈部自杀。了。楚汉战争终于以刘邦的胜利而告终。
