漢高帝二年(前205年)五月，漢高祖退到滎陽(yáng)一線收集殘部。這時(shí)，漢高祖的部下蕭何在關(guān)中征售到大批兵員補(bǔ)充前線，韓信也帶部隊(duì)趕來(lái)與漢高祖會(huì)合。漢高祖的漢軍得到休整補(bǔ)充后，實(shí)力復(fù)振，將楚軍成功地遏阻于滎陽(yáng)以東地區(qū)，暫時(shí)穩(wěn)定了戰(zhàn)局。滎陽(yáng)及其西面的成皋，南屏嵩山，北臨河水(黃河)，汜水縱流其間，為洛陽(yáng)的門(mén)戶(hù)，入函谷關(guān)(今河南靈寶東北)的咽喉，戰(zhàn)略地位十分重要。自五月起，漢、楚兩軍為爭(zhēng)奪該地展開(kāi)了一場(chǎng)曠日持久的戰(zhàn)爭(zhēng)。

交戰(zhàn)初，漢高祖即按照張良制定的謀略，實(shí)施正面堅(jiān)持、敵后襲擾和翼側(cè)牽制的作戰(zhàn)部署，以政治配合軍事，以進(jìn)攻輔助防御，游說(shuō)英布倒戈，從南面牽制項(xiàng)羽;派遣韓信破魏，保障翼側(cè)安全;聯(lián)絡(luò)彭越，襲擾項(xiàng)羽后方，從而有力地遲滯了項(xiàng)羽的進(jìn)攻。同時(shí)漢高祖讓蕭何治理關(guān)中、巴蜀，鞏固后方戰(zhàn)略基地，轉(zhuǎn)運(yùn)糧食兵員，支援前線作戰(zhàn);還采納陳平的計(jì)謀，派遣間諜進(jìn)行活動(dòng)，分化瓦解楚軍。

漢高祖的這些措施雖然起到了牽制楚軍、鞏固后方的積極作用，但是正面戰(zhàn)場(chǎng)的形勢(shì)依然不怎么樂(lè)觀。項(xiàng)羽看到漢高祖的勢(shì)力有增無(wú)減，十分不安，便于次年春調(diào)動(dòng)楚軍主力加緊進(jìn)攻滎陽(yáng)、成皋，并多次派兵切斷漢軍的糧道，使?jié)h高祖的部隊(duì)在補(bǔ)給上發(fā)生很大的困難。五月間，項(xiàng)羽大軍進(jìn)逼滎陽(yáng)，漢高祖內(nèi)乏繼糧，外無(wú)援兵，情勢(shì)日趨危急。漢高祖采納張良的緩兵之計(jì)，派出使臣向項(xiàng)羽求和，表示愿以滎陽(yáng)為界，以西屬漢，以東歸楚，但遭到項(xiàng)羽的斷然拒絕。漢高祖無(wú)奈，只得采納將軍紀(jì)信的計(jì)策，由紀(jì)信假扮作漢高祖，驅(qū)車(chē)簇?fù)沓鰷铌?yáng)東門(mén)，詐言城中食盡，漢王出降，蒙騙項(xiàng)羽，而自己則乘機(jī)從滎陽(yáng)西門(mén)逃奔成皋。項(xiàng)羽發(fā)現(xiàn)自己受騙上當(dāng)后勃然大怒，燒死紀(jì)信，率兵追擊漢高祖，很快攻下了成皋，漢高祖?zhèn)}皇逃回關(guān)中。

漢高祖從關(guān)中征集到一批兵員，打算再奪成皋。謀士轅生認(rèn)為這不是善策，建議漢高祖派兵出武關(guān)(今陜西商南東南)，調(diào)動(dòng)楚軍南下，減輕漢滎陽(yáng)守軍的壓力;同時(shí)，讓韓信加緊經(jīng)營(yíng)北方戰(zhàn)場(chǎng)，迫使楚軍分散兵力。漢高祖欣然采納這一計(jì)策，率軍經(jīng)武關(guān)出宛(今河南南陽(yáng))、葉(今河南葉縣)之間，與英布配合展開(kāi)攻勢(shì);與此同時(shí)，韓信也率部由趙地南下，直抵黃河北岸，與漢高祖及滎陽(yáng)漢軍互相策應(yīng)。漢軍的行動(dòng)果然調(diào)動(dòng)了項(xiàng)羽的南下。這時(shí)漢高祖卻又轉(zhuǎn)攻為守，避免同楚軍進(jìn)行決戰(zhàn)，而讓彭越加強(qiáng)對(duì)楚后方的襲擊，彭越不失所望，進(jìn)展迅速，攻占了要地下邳(今江蘇睢寧西北)，直接給楚都彭城造成威脅。項(xiàng)羽首尾不能兼顧，被迫回師東擊彭越，漢高祖乘機(jī)收復(fù)了成皋。

六月，項(xiàng)羽擊退彭越后，立即回師西進(jìn)，對(duì)漢高祖發(fā)動(dòng)第二次攻勢(shì)，攻占滎陽(yáng)，再奪成皋。并繼續(xù)西進(jìn)，抵達(dá)今河南鞏縣一帶。漢高祖?zhèn)}猝北渡黃河，逃到小修武(今河南獲嘉東)，在那里漢高祖征調(diào)到韓信的大部分部隊(duì)，以支撐危局，增強(qiáng)正面的防御。漢高祖深知項(xiàng)羽的厲害，這時(shí)便命漢軍一部拒守于鞏(今河南鞏縣西南)，一部屯駐小修武，深溝高壘，不與楚軍交鋒。同時(shí)派韓信組建新軍東向擊齊，繼續(xù)開(kāi)辟北方戰(zhàn)場(chǎng)。

又命劉賈率領(lǐng)2萬(wàn)人馬從白馬津(今河南滑縣北，舊黃河渡口)渡河，深入楚地，協(xié)助彭越，擾亂楚軍后方，截?cái)喑娂Z道。彭越得到劉賈這支生力軍的支援，很快攻占了睢陽(yáng)(今河南商丘南)、外黃(今河南杞縣東北)等17座城池。彭越、韓信的軍事行動(dòng)，給項(xiàng)羽側(cè)背造成嚴(yán)重的威脅，迫使項(xiàng)羽在九月間停止正面戰(zhàn)場(chǎng)的攻勢(shì)，再次回師攻打彭越。項(xiàng)羽臨行前，告誡成皋守將曹咎說(shuō)：小心堅(jiān)守成皋，即使?jié)h軍挑戰(zhàn)，也千萬(wàn)不要出擊，只要能阻止?jié)h軍東進(jìn)，我15天內(nèi)一定擊敗彭越，然后再與將軍會(huì)師。項(xiàng)羽很快收復(fù)了17座城池，但沒(méi)有能夠消滅彭越的游軍，它繼續(xù)在威脅楚的后方。

漢高帝四年(公元前203年)十月，漢高祖聽(tīng)取謀士酈食其的建議，乘項(xiàng)羽東去之機(jī)，反攻成皋。守將曹咎開(kāi)始還遵照項(xiàng)羽的告誡，堅(jiān)守不出，但是經(jīng)不起漢軍連日的辱罵和挑戰(zhàn)，一怒之下，率軍出擊。漢高祖見(jiàn)激將法奏效，便運(yùn)用半渡擊之的戰(zhàn)法，大破曹咎所部楚軍于汜水之上，曹咎兵敗自殺，漢軍乘機(jī)再奪成皋，并乘勝推進(jìn)到廣武(今滎陽(yáng)東北)一線，收敖倉(cāng)積粟以充軍用，并在滎陽(yáng)以東包圍了楚將鐘離昧部。

項(xiàng)羽聽(tīng)到成皋失守，大驚失色，急忙由睢陽(yáng)帶領(lǐng)主力返回，同漢軍爭(zhēng)奪成皋，與漢軍對(duì)峙于廣武，欲與漢高祖決一雌雄。可是漢軍依據(jù)險(xiǎn)要地形，堅(jiān)守不戰(zhàn)。雙方對(duì)峙數(shù)月，項(xiàng)羽無(wú)計(jì)可施。這時(shí)適逢韓信攻占臨淄，齊地戰(zhàn)事吃緊，項(xiàng)羽不得已只好派龍且?guī)П?0萬(wàn)前往救齊，這就更加減弱了正面戰(zhàn)場(chǎng)的進(jìn)攻力量。到了十一月，韓信在濰水全殲了龍且的部隊(duì)，平定齊國(guó)，使項(xiàng)羽的處境更趨困難。幾個(gè)月后，楚軍糧食缺乏，既不能進(jìn)，又不能退，白白地消耗了力量，完全陷入了被動(dòng)。

這時(shí)，漢軍韓信部已經(jīng)破魏，破趙，降燕，平定三齊，占領(lǐng)了楚的東方和北方的大部地區(qū)，完成了對(duì)楚的戰(zhàn)略包圍。彭越的游軍則不斷擾亂楚軍后方，攻占了昌邑(今山東金鄉(xiāng)西)等20多座城池，并多次截?cái)喑姷难a(bǔ)給線。英布所部在淮南也有所發(fā)展。項(xiàng)羽腹背受敵，喪失了主動(dòng)，陷于一籌莫展的境地。雙方強(qiáng)弱形勢(shì)已發(fā)生根本的變化。項(xiàng)羽見(jiàn)大勢(shì)盡去，遂被迫與漢高祖議和，以鴻溝為界，中分天下，爾后引兵東歸。成皋之戰(zhàn)以漢勝楚敗而告終。