正當項羽在鉅鹿(今河北省平鄉縣)消滅秦軍主力的時候，劉邦率領的西進起義軍也順利地取得進展。漢王元年(公元前206年)十月，劉邦的軍隊打進關中，佔領了秦朝都城咸陽。劉邦是個很有政治眼光的人，知道當時的人民希望什麼，厭惡什麼。為了收買人心，他很注意管束部下，安撫百姓。他下令封閉了咸陽的宮門、府庫，嚴格禁止部下取用宮室里的珍珠寶貝。他駐軍咸陽城外，召集關中父老，對他的部下約法三章：殺人的處以死刑，傷人的和偷盜的要按照情節輕重給以處罰。他還宣布廢除秦朝的一切嚴刑苛法。劉邦的這些措施，受到關中人民的熱烈歡迎。一個月以後，項羽的大軍來到函谷關(今河南省靈寶縣西南)。他見劉邦得到楚懷王的支持，要作關中王，十分生氣，親自指揮40萬大軍破關而入，把軍隊駐紮在鴻門(今陝西省臨潼縣東)。從此，劉、項的矛盾尖銳起來了。
這時候，劉邦只有10萬人。項羽仗著兵多將廣，打算消滅劉邦，獨佔關中。劉邦想要抵抗，又怕打不過項羽，只好採納張良的建議，親自去向項羽謝罪。項羽在鴻門設宴招待劉邦。在宴會上，項羽的謀士范增示意項羽殺掉劉邦，項羽遲疑不決，劉邦便借故逃脫了。這就是歷史上有名的「鴻門宴」。
幾天以後，項羽領兵進入咸陽，殺了秦王子嬰，搜羅了無數奇珍異寶，虜掠著大批婦女，放火燒掉秦朝的宮殿，然後回兵東去。人民對項羽的這些做法大失所望。項羽分封許多擁兵割據的六國舊貴族為王；封劉邦為漢王，讓劉邦從關中地區遷到漢中和巴蜀。項羽自稱西楚霸王，地位最高，實際上要指揮一切諸侯王。項羽的分封，違反了當時人民渴望統一的願望，非常不得人心。因此，剛分封不久，戰爭就打了起來。齊的舊貴族田榮自稱齊王，項羽親自領兵到齊(今山東省)去攻打田榮，劉邦便趁機重新佔領關中，楚、漢戰爭的序幕拉開了。公元前205年四月，劉邦聯絡諸侯軍56萬，揮兵東進，佔領了楚都彭城(今江蘇省徐州市)。