鸿沟之盟后，项羽率兵东去，刘邦也打算领兵回关中。这时张良、陈平建议说：“我们已夺了大半河山，四方诸侯都已归附，项羽兵疲粮尽，众叛亲离，正是消灭他的大好时机，让他回到彭城，等于是纵虎归山。”刘邦听了立即命令部队东进，追击楚军。同时派人命韩信和彭越火速集结，合击项羽。
公元前202年的10月，刘邦率军追项羽至固陵（现在河南太康西），但此时，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。刘邦采纳了张良的建议，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，于是韩信和彭越立即进兵。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。汉军在兵力上占据了绝对优势。到了12月，汉军会合各路援军共三十万人于垓下，设下十面埋伏，将项羽团团围住。夜里，围困项羽的汉军将士唱起了楚国苍凉的歌，勾起了楚军的残军败卒们的思乡之情，楚军营地一片哭声。
项羽此时已是穷途末路，无论在谋臣、良将、兵力方面已比不上刘邦。又听得这四面楚歌，以为汉军已占有全部楚地。无奈之下，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！”虞姬也含泪唱和道：“汉兵已略地，四方楚歌声。大王意气尽，贱妾何聊生。”虞姬边唱边举剑起舞，然后含泪自刎，倒在了项羽怀中，香销玉殒。中军大帐里，上演了一幕悲凉的“霸王别姬”。
虞姬死去，项羽痛不欲生，抱住虞姬的尸体放声痛哭，不能自拔。手下将卒极力劝解，项羽才擦去眼泪，跃上心爱的骏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100人，到达阴陵（今安徽定远西北）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（今安徽定远东南）被灌婴的骑兵追上。这时项羽手下只剩下28个骑士了。而汉军追兵却有数千人。项羽自己估量已经没有办法逃脱，就对他手下的骑士说：“我起兵反秦已经八年了，参加了七十多次战斗，敢于抵挡我的敌人都被我击破，受到我攻击没有不降服的，这样才称霸于整个天下。然而今天终于被困在这里，这是老天有意要我灭亡啊。我愿意为诸位痛痛快快地打一仗，一定要取得胜利，为诸位突破重围，斩杀敌将，砍倒汉旗，以使诸位明白，这是老天要灭我，而并不是我战败了。”
项羽于是把手下的骑兵分为四队，向着四面。刘邦的军队在四周重重包围着他们。项羽大呼一声，命令面向四方的骑兵奔驰而下，约定冲过山的东面，分三处地方集合。项羽所向披靡，所过之处，刘邦的军队都望风溃散，项羽还将一员汉将斩落马下。汉将杨喜（赤泉侯）一路追赶项王，项羽圆瞪双目，大声呵斥，杨喜和他的马都十分惊恐，吓得倒退了好几里路。项羽和他的骑兵果真分三个地方集合起来。汉军不知道项羽究竟在哪一处，就把军队一分为三，重新包围上来。项羽再跃马奔驰，又斩落了汉军的一个都尉，并杀死了数不清的汉军士卒，然后重新把他的骑兵聚集起来，清点人数，仅仅死掉两个骑士，楚军将士们都盛赞项羽英勇无比。
项羽再次杀出重围，率领几个仅存的部下向东朝乌江而去。乌江亭长已经拢船在江边等候，亭长劝他说：“江东地区虽然小，但地方有千里，百姓有几十万，也足以够您称王了。现在只有这里有船，您还是快快上船，先渡过江去，以图东山再起，而刘邦的军队没有船就无法渡江。”
项羽笑着对亭长说：“天意要我灭亡，我为何要渡江呢？当初我率领江东八千子弟渡江抗秦，今天没有一个人能回来，即使江东的父老怜悯我而尊我为王，我有什么脸面见他们呢？”项羽感念亭长是一个宽厚长者，就将自己骑了五年的乌骓马送给了亭长，据说这匹马能日行千里，从来没有遇到过能超过它的对手。项羽回头与汉军再战，杀得汉军血肉狼藉，项羽自己也多处受伤。忽然，项羽看到一个熟悉的面孔，汉军骑兵的司马将领吕马童，项羽就大声地问他：“你不是我的故人吗？”吕马童不敢面对项羽，就把他指给王翳说：“这个人就是项羽。”项羽说：“我听说汉王用千金悬赏我的头，还要封邑万户，我就把这个人情送给你吧。”说完就自刎而死了。
垓下之战是楚汉战争结束的标志，以项羽的自杀失败、刘邦的获胜而告终，公元前202年，刘邦正式建立了西汉王朝，统一了全国，秦末分裂割据、诸侯混战的局面至此也基本结束了。
平城之战，被困白登山
如果说，能够赢得楚汉战争的最后胜利，并且一统天下，成功地完成从平民到皇帝的身份转变，是刘邦这一生最得意的事情。那么，与匈奴的平城一战，被困白登山七天七夜，则是刘邦这辈子感到最窝囊、最失意的事了。
匈奴是一个古老的民族，长期在中国北部的草原、沙漠地区游弋，逐水草而居，过着粗放的游牧生活。秦汉之际，匈奴统治者冒顿杀死其父头曼，自立为单于，并且东击东胡，西攻月氏，南并楼烦、白羊、河南王，统一了匈奴各部，并逐步强盛起来。由于中原地区长期疲于兵事，无暇北顾，冒顿乘机夺取了长城以北汉朝的大片土地，直接威胁到汉王朝在北部中国的统治。
为了防御匈奴的南进，汉高祖刘邦曾派韩王信坐镇晋阳，守卫太原以北之地。后来，韩王信以“国被边，匈奴数入，晋阳去塞远”为理由，上书刘邦，把韩国都城从晋阳迁到马邑（今山西朔县）。
公元前201年，冒顿带领大队兵马进入长城，一直打到马邑城下，将在马邑西北的韩王信重重包围。韩王信是战国时韩国的旧贵族，曾响应刘邦起义，带兵攻打韩地有功，被刘邦封为韩王。但刘邦对他很不放心，所以，把他调到远离都城的地方。韩王信也知道刘邦对他有疑心，所以，当匈奴兵临城下后，他一直不愿与匈奴交战，几次派使臣与匈奴谈判，要求和解，以便给自己留一条后路。汉朝援兵赶到马邑城后，见韩王信不出兵交战，不断派人与匈奴频繁来往，怀疑韩王信可能要叛变，就把这一消息报告了刘邦。在紧急情况下，为了防止事态扩大，刘邦亲自给韩王信写了封信，申明大义，对他进行劝告、指责和警告。信中说，“专死不勇，专生不任，寇攻马邑，君王力不足以坚守乎？安危存亡之地，此二者朕所以责于君王”。刘邦的这番话不但没有挽回形势，反而促使了韩王信的叛变。韩王信见刘邦如此口气，深知处境的危险，怕被问罪杀头，于是献出了马邑城，投降了匈奴。接着，韩王信与匈奴勾结起来，挥师南下，进入雁门关，攻下太原郡，长驱直入，很快占领了山西大部分地区。
为了进一步巩固刚刚建立起来的汉王朝统治，公元前200年冬天，刘邦亲率三十万大军，出征匈奴，同时镇压韩王信叛乱。汉军进入山西后，连连取胜，使韩王信军队遭到重大伤亡，其部下将领王喜被汉军杀死，韩王信逃奔匈奴。之后，白土人曼丘臣、王黄等拥立战国时赵国后代赵利为王，收集韩王信的残兵败将重整旗鼓，再次与匈奴合谋攻汉。冒顿派左、右贤王各带兵一万多骑与王黄等屯兵广武以南至晋阳一带，企图阻挡汉军北进。汉军乘胜追击，又在晋阳打败了韩王信与匈奴的联军，收复了晋阳、离石等六城，攻下楼烦等三城。汉军由于连连告捷，产生了麻痹轻敌的思想，便想乘胜追击扩大战果，亦想趁势彻底消灭匈奴。当刘邦听说冒顿在代谷驻扎，便先派人侦察冒顿虚实，准备将匈奴一举歼灭。
刘邦派出的探哨刚刚出发就被匈奴发现了，冒顿决定将计就计，迷惑汉军，将匈奴的精锐士兵、肥壮牛马等全部隐藏起来，不让汉军发现，只用老弱之人和瘦弱牲畜以示溃败的样子，以此迷惑汉朝军队。汉军侦察人员几次往返阵前，也没有看破匈奴的假象，信以为真，就把侦察的情况如实地报告给刘邦说：“冒顿的部下全是一些老弱残兵，连他们的马都是羸弱的瘦马。如果趁势打过去，准能打胜仗。”刘邦果然中计，将汉兵全部派出北击匈奴。汉军刚刚过了勾注山（今雁门山），正碰上从匈奴出使回来的刘敬（娄敬），刘敬对匈奴的设防产生了怀疑，极力劝阻刘邦不要贸然进兵，并告诉他中原长期争战，国力虚弱，百姓不堪其苦，而匈奴趁中原混战之际已有很大发展，冒顿骁勇善战，不可轻击。可此时的刘邦一心想剿灭匈奴，根本听不进去，还破口大骂刘敬说：“你这个齐国奴隶，一贯以能说会道升官，今天还想胡说八道，惑乱军心。”于是，把刘敬抓起来，囚禁在广武城，准备凯旋后处理。
刘邦带领骑兵快速前进，也不等步兵赶上，直抵平城（今山西大同东北）。冒顿见汉兵蜂拥赶来，就在白登设下埋伏。刘邦带领兵马一进入包围圈，突然四下里涌出无数匈奴兵来，个个人强马壮，原来的老弱残兵全不见了。刘邦发现被包围后，才知道上当受骗，撤退已经来不及了，只好组织突围，虽经几次激烈战斗，也没有突围出去。后来，退到平城东面的白登山，却被冒顿率领的四十万精锐骑兵团团围住。
冒顿单于还派出大队人马，分扎在各个重要路口，截住汉兵的后援，使汉军失去联系，没法救援，意欲把汉军一网打尽。之后，冒顿率领骑兵从四面进行围攻：西面的骑兵是清一色白马，东面是一色青马，北面是一色黑马，南面是一色红马，企图把汉军冲散。结果，双方损失都很大，一直相持不下。
这天，高祖登上白登山的山头，向四面眺望，只见四面八方都有匈奴的骑兵屯驻把守，根本没机会突围，不禁喟然长叹，认为天要其亡，汉军的士气也日益低落起来。当时正值隆冬季节，气候严寒，连日雨雪不断，汉军士兵不习惯北方生活，冻伤很多人，还有一些士兵甚至被冻掉了手指头。在匈奴地区有首歌谣唱道：“平城之下亦诚苦！七日不食，不能彀弩。”（《汉书·匈奴传》）可见这次战争是多么艰苦！在不利的形势下，为了扭转败局，刘邦决定凭借白登地势居高临下的有利条件，指挥汉军昼夜加强防守。在被围了三天后，粮食也快吃完了，汉军饥寒交迫，又被截为内外两部不能相救，形势危在旦夕。
被围到第七天时，谋士陈平终于想出一条妙计，劝刘邦用重金贿赂单于的爱妻。陈平对刘邦说，冒顿单于对新得到的阏氏十分宠爱，朝夕不离，这次匈奴大军在山下扎营，冒顿单于把阏氏也带在身边，经常和她一起骑马游玩，两人情深意笃。自古英雄难过美人关，冒顿单于虽然骁勇无比、智谋过人，可也不免被美女所惑。便建议刘邦从阏氏身上寻找突破口。刘邦正苦于无计解脱，觉得这也是个好办法，于是决定试试。由于当时行动仓促，汉军并没有带多少金银财宝，刘邦就下令汉军将领将所带的财宝都交上来。当时刘邦有一件御寒用的狐裘，是一件无价之宝，刘邦也将它拿了出来，送给了阏氏。半夜的时候，汉军的使臣乘着大雾弥漫，偷偷地下山去拜见阏氏。这位阏氏听说有汉军的使者到来，就屏退了左右，秘密召见了汉使。汉使向阏氏献上了许多的金银珠宝，说这是汉军将士送给阏氏的。阏氏见到那些黄金珠宝，毫不动心。于是汉使又拿出狐裘说，这是汉皇帝送给她的礼物，阏氏一看就爱不释手起来，她把礼物都收了下来，答应为汉朝皇帝向单于求情。
第二天，阏氏拜见单于，向单于汇报道：“有消息说，汉朝有几十万大军前来救援，马上就要到了。单于把汉朝逼迫得太厉害，把他们的皇帝困在山上这么久，汉人怎么肯就此罢休呢？自然会拼命相救，到那时我们恐怕很难应付。再说就算打败了汉人，夺取了他们的土地，我们的子民世代游牧而居，也适应不了中原的水土环境与定居生活，无法长住。万一灭不了汉帝，等救兵一到，内外夹攻，我们的处境将会更难。”
阏氏又说：“汉帝被围了七天，虽然人马俱乏，但是他们君臣一心，视死如归，立誓一定要杀出重围来，‘困兽犹斗，穷寇勿追’，现在他们要和单于您拼命了，我们当然不害怕，但也要小心别弄个两败俱伤啊！依妾身之见，不如给汉帝放一条生路，网开一面，他也一定会铭记单于您的恩德，不敢再举兵来犯了！”冒顿只是觉得阏氏说得有些道理，并没有当机立断地下令放刘邦一条生路。
但是，想到自己曾与韩王信部将王黄、赵利约定，共同在白登合击汉军，现在，约会日期已过，却没有等到韩王信的军队。于是，冒顿有点猜疑，怕韩王信再与刘邦联合起来，使自己腹背受敌，就逐渐放松了对汉军的围攻，准备撤军，正好当时起了大雾，无法交战，冒顿收回兵马，主动让开包围圈的一角，陈平等趁隙保护刘邦乘着大雾，命令士兵持强弩、发满弓，从匈奴解开的围角冲出，顺利地进入平城。这时候汉军主力已到，冒顿失去战机，于是带领大军撤退而走。刘邦得知匈奴撤兵，也不敢恋战，只是派樊哙收复了代地，自己则率兵退回了广武。
其实，关于刘邦白登突围的真相，史书上并没有明确的记载。只是说刘邦采用了陈平秘计，才得以解围。陈平秘计究竟是什么呢？《史记》也只是说“其计秘，世莫得闻”（《史记·陈丞相世家》）。
于是，便有了种种猜测，除了我们上面所说的，还有一段颇为有趣的小插曲。据说，陈平让军中一个精通绘画的人画了一张美人像，派人连同金银珠宝一起送给单于的妻子，并对阏氏说：“汉朝有一个美女，长得如同这画中的人一样美。现在皇帝被围，朝廷准备把她献给冒顿，以作为解围的条件。男人都是喜新厌旧的，就算阏氏您生得国色天香、倾国倾城，单于也还是会更宠幸这位中原的美人。到时候，您在单于那里的地位可就不保了。”
阏氏见画中的美人比自己年轻漂亮不止百倍，不由妒火中烧。她害怕冒顿得到美女后自己失宠，就千方百计地说服单于收兵，放汉帝一条生路。
这种说法不一定可靠，但刘邦确实派人与匈奴进行过谈判，并给阏氏送过一批厚礼，阏氏收到礼物后，也确实对单于吹了枕边风，单于听后就下令收兵了。
总之，陈平用这条妙计，终于骗得匈奴退兵，刘邦总算逃出重围，一场大难消于无形之中。
汉承秦制，薄敛赋税，安定边境，
强本弱末；屠杀功臣，和亲匈奴
公元前200年，刘邦采纳齐人娄敬（即刘敬）的建议，迁都长安。娄敬认为刘邦得天下和先前的周朝不一样，所以不应该像周朝那样以洛阳为都城，应该定都关中。张良等人也建议迁都关中，因关中为形胜之地，人口众多，物产丰富，这样有利于在秦地镇守险地，国家才能兴旺。娄敬因建议刘邦迁都有功，赐姓刘，拜郎中，号“奉春君”，后为关内侯。
