公元前206年10月，秦灭亡。秦亡后，各路诸侯都虎视眈眈地盯上了天下的最高统治权。特别是刘邦和项羽两人，一个是亲自接受了秦子婴的投降，一个在秦末战争中，消灭了秦军的主力，为秦亡打下基础；一个是依楚怀王“先入关中者为王”的约定，先入关中，理当称王，一个是拥有四十万大军，天下无人与之匹敌。因此在争王问题上，刘邦和项羽之间爆发一场你死我活、惊心动魄的战争已是不可避免的了。
刘邦入咸阳后，本打算占据秦皇宫殿，尽情享乐一番。经樊哙、张良的力劝，只好封闭秦宫、还军霸上。接着，刘邦召集了关中地区的父老和有声望的人，对他们宣布说：“父老乡亲们受秦酷刑苛法之苦已是很长时间了，楚怀王与诸侯约定：先入关者为王，所以我可以称王关中，但各级官员都按原职行事不变。”接着，刘邦和这些父老及有声望的人约法三章：杀人的处死，伤人和有偷盗行为的，以情节轻重论罪；废除全部秦法。刘邦此举，博得了关中地区吏民的欢迎，百姓们争着用牛羊酒食来犒赏军士，但都被刘邦以“仓库中粮食很多，不必父老破费”为由谢绝了。这样一来，老百姓更加拥戴刘邦，唯恐他不能称王关中。
就在这同时，刘邦也派兵把守函谷关，企图阻止关东诸侯进入关中。
公元前206年11月，项羽率军来到函谷关，见刘邦兵士守关不让进入，勃然大怒，挥兵破关而入。12月，进军戏亭（今陕西临潼东北），与刘邦相距仅四十里。这时刘邦手下有人密报项羽说：“刘邦想在关中称王，以子婴为相，并抢尽秦宫财物。”项羽的谋臣范曾也向项羽指出：“刘邦在未入关前，贪财好色，而今却不取宝物，不近女色，定有夺天下的野心，应当迅速地把他消灭掉，千万不能坐失良机。”于是项羽下令，全军饱餐一顿，第二天清晨攻打霸上，消灭刘邦。
项羽的叔父项伯在秦时曾经杀过人，但被张良掩盖了过去。对这一救命之恩，项伯是一直牢记在心的。当他听说项羽要消灭刘邦时，马上想到了在刘邦军中辅佐刘邦的张良，因此便连夜来到刘邦军中，见到张良，叫张良和他一起离开。张良说：“我如果在沛公有难的时候离开他，这是不义的行为，我必须和他告别一下。”于是张良来到刘邦帐中，把项伯的话全部告诉了刘邦，刘邦听了大惊失色。张良问刘邦：“您估计我们能够和项羽抗衡吗？”刘邦沉默了半天后回答说：“我们的确是不如项羽的实力。那么我该怎么办呢？”张良说：“那我去告诉项伯，就说我们绝无背叛项羽之心。”刘邦详细地询问了张良和项伯结交的原因，询问了张良和项伯的年龄大小。当他听说项伯比张良大时，便叫张良把项伯请来。张良出去把项伯给硬拖进了刘邦帐中。刘邦见到项伯后，手捧酒杯虔诚地向项伯祝福，请求和项伯结为儿女亲家，并向项伯申辩说：“我进入关中后，秋毫无犯，只是登记了关中的户口，封存了秦的府库，等待项羽将军的到来。我之所以要派兵把守函谷关，是为了防备有其他的盗贼出入和非常情况的发生。我是日夜盼望着项将军的驾临，怎么能谋反呢？请您把刘邦不敢忘恩负义的心情详尽地转告给项羽将军。”项伯见刘邦言语恳切，便答应了。为防止意外，他还让刘邦明天一早亲自去向项羽道歉。于是项伯当夜就赶回项营，向项羽报告了刘邦所说的一切，并劝谏说：“要不是刘邦先攻下关中，你又怎么敢进来呢？人家建立了大功，却还要去打人家，这难道仗义吗？不如顺水推舟，好好地待他。”项羽同意了，取消了原定的行动计划。
第二天一大早，刘邦就带领张良、樊哙等人来到项羽的驻地鸿门（今陕西临潼县东北阴盘镇东），见到项羽后，刘邦向项羽道歉说：“我和将军合力攻秦，您在黄河以北作战，我在黄河以南战斗，没料到我能先入关中消灭了秦王朝，得以在这里和您重新相逢。如今可能是有小人搬弄是非，使我和将军之间产生了隔阂。”刘邦这言辞中肯的一席话打动了项羽，项羽马上说道：“这是您的司马曹无伤散布的谎言，不然的话，我怎么会如此呢？”项羽于是设宴款待刘邦。宴席上，项羽、项伯朝东而坐，项羽谋士范曾朝南而坐，刘邦朝北而坐，张良朝西而坐。席间，范曾频频向项羽示以眼色，并三次举起所佩带的玉玦暗示项羽下令刺杀刘邦，项羽都置之不理。范曾便起身出去，召来武士项庄，对他说：“项王为人心慈手软，还是您进去给刘邦敬酒，敬过酒后，请求舞剑助兴，借机把刘邦给杀了，不然的话，我们这些人将来都要成为刘邦的阶下囚。”项庄来到席间，向刘邦敬过酒后，对刘邦说：“军营中没有什么可以取乐的，就让我舞剑来为诸位助兴吧！”
说完，便拔剑舞了起来。项伯见状不妙，也起身拔剑，和项庄对舞起来，并用身体护着刘邦，使项庄无法得手。张良见形势不妙，起身来到营外，对樊哙说：“现在情况非常危急，项庄正在席上舞剑，说是助兴，其意是在沛公身上。”樊哙听后急了，遂带剑持盾闯向军门，军门卫士想阻挡，只见樊哙用盾牌一击，卫士顿时倒在地上。樊哙入内，掀开帷帐站在一边，双眼瞪着项羽，头发直竖，两边的眼角都睁裂了。项羽见猛地冲进这么一个凶相毕露的人，双手按住腰间的剑从坐席上跪支着身子，厉声问道：“你是什么人？”随后而来的张良忙介绍说：“这是沛公的卫士樊哙。”项羽再认真地上下打量一番，不禁赞叹说：“真是一个壮士啊！”并叫人赐给樊哙一大杯酒，樊哙接过酒，没说一个谢字，站在那儿一饮而尽。项羽又赐予一个猪腿，樊哙仍是一句话也不说，把盾放到地上，把猪腿放在上面，拿剑一块块地割着吃了。项羽问道：“壮士，还能喝吗？”樊哙不客气地答道：“我连死都不怕，一杯酒还值得推辞吗？”接着话头一转道：“过去秦王心肠狠如虎狼，杀人无节，刑罚无度，致使天下的人都起来反叛他。怀王曾和各路将领约定：先攻破秦，人咸阳的人称王。现在沛公最先击溃秦国，进入咸阳，且秋毫无犯就还兵霸上等待大王的到来。如此劳苦功高的人，不仅不给封侯的奖赏，反而听信小人之谗言，欲加罪于他。这不是在重蹈秦亡的覆辙吗？你以为这一做法是可取的吗？”一番话说的项羽无言可答，半天才说了句：“请坐。”坐了不一会儿，刘邦起身去上厕所，顺便也召樊哙出来。樊哙要刘邦赶紧离开这一危险之地，刘邦说：“我刚才出来，没有向项羽告辞，怎么办呢？”樊哙忙说：“大行不顾小过，大礼不拘小节。现在我们已是人家案板上的鱼肉了，还顾得了那么多吗？”刘邦等人就这么沿着小道走了。张良见刘邦已去，估计差不多快到大营的时候，便入席向项羽致歉说：“沛公不胜酒力，没能来告辞，谨派我奉上一双白璧献给将军，以一对玉杯敬呈给范谋士。”项羽接过玉璧放到一旁，问道：“沛公现在在哪儿啊？”张良回答说：“沛公听说将军有责备他的意思，已抽身独自回军营去了。”听说刘邦已安全回去了，范曾气得拔剑把玉杯击得粉碎，大骂道：“唉，这小子不值得与他共谋大业，夺取项将军天下的，必定是刘邦。我们今天已定下为他俘虏的命运了！”刘邦回到军中后，立即杀掉了曹无伤。
几天后，项羽领兵进入咸阳，洗劫了咸阳城，并杀了秦王子婴，然后一把火烧了秦的宫室。大火燃烧了三个多月，秦留下来的所有图书、珍宝全都焚烧殆尽。项羽的这一把火，是对中国古代文明的一大浩劫，这把火烧光了秦所留下的官方藏书！
烧掉咸阳后，项羽决定分封天下。有一个叫韩生的谋士对项羽说：“关中地区依恃山川河流为屏障，是四面都有险要可守的地方，且土地肥沃，将军应在这里建都称霸。”项羽一方面见秦宫室已是残破不堪，一方面又惦记着东方的家乡，便回答说：“富贵了不归故乡，就如同穿着锦绣华丽的衣服在夜间行走，谁能看得见呢？”韩生退下去摇着头叹道：“人说楚国人像是戴着帽子的猴子，果然是如此！”有人把这番话报告给项羽后，项羽把韩生放到锅中给煮死了。
公元前206年2月，项羽分封天下土地，尊怀王为义帝，定都长沙郡的郴县（今湖南郴县）。自立为西楚霸王，管辖战国时魏国和楚国的九个郡，建都彭城。其余分封了十八个诸侯王。其中借口巴蜀也是关中的土地，封刘邦为汉王。为牵制刘邦，把关中地区分割成三国，把秦的三个降将封在那里为王，史称“三秦”。这就违背了当初楚怀王“先入关中者为王”的约定。刘邦当然不服，要和项羽决一死战。萧何为刘邦分析了双方的力量对比后对他说：“能够屈居于一人之下而伸展于万乘大国之上的，只有商汤和武王才能做得到，只要我们立足汉中，抚养百姓，招用贤才，收用巴、蜀二郡的赋税，然后回师东进，平定三秦之地，如此天下何愁得不到呢？”
公元前206年4月，各路诸侯各自回自己的封国去了。项羽派三万士兵护送刘邦就封。临行前，张良劝刘邦烧断所经过的栈道，一方面防备诸侯国军队的来犯，也向项羽表示没有东还的意图。
由于项羽分封的不公，所以一场新的战争不可避免地又开始了。
