章邯再次派人來見項羽，想要訂立和約，項羽召軍吏來商量說：“現在軍糧越來越少，想答應他們。”軍吏說可以。

    於是，項羽和章邯約在洹水南殷虛上相見，並訂立盟約。章邯見到項羽後，哭著向項羽傾訴趙高的種種行為。於是，項羽立章邯為雍王，司馬欣為上將軍，率領秦軍為前部，行至新安。

    諸侯的士卒原來都曾在秦服過徭役，受盡秦兵的鞭撻，而今秦兵投降諸侯，諸侯兵都把秦兵當作奴隸來驅使，引起秦兵的不滿，暗地作打算。

    諸侯聽聞到秦兵的計策，將其告訴項羽，項羽召集黥布、蒲將軍等人商議，認為秦兵很多，入關中後如果不聽令，會引起非常大的禍患。於是，項羽將秦降卒二十餘萬全部在新安城南連夜坑殺。

    項羽消滅了秦軍主力後，即率諸侯軍向關中挺進，行至函穀關，發現有兵守關，項羽軍無法通過，又聽說劉邦已經攻破鹹陽，項羽大怒，派當陽君攻破函穀關，四十萬大軍駐紮於新豐鴻門，劉邦軍十萬駐紮灞上。

    劉邦左司馬曹無傷派人告訴項羽，說劉邦想在關中稱王，並且用子嬰為相，珍寶全部占有。範增也告訴項羽，說劉邦在山東時貪財好色，入關後卻不取財物女人，誌向不小，應該趁早殺了他。

    項羽叔父項伯與劉邦手下的張良關係友好，連夜前往劉邦軍見張良，想要勸張良逃走，卻反被張良拉攏。項伯回來後告訴項羽，劉邦攻破鹹陽有大功，如果進攻他是不義之舉，項羽表示讚同。

    劉邦第二天率領一百多騎兵來見項羽，範增暗示項羽殺掉劉邦，但項羽為人不忍，默然不應。於是，範增讓項莊於席間舞劍，伺機刺殺劉邦，而項伯也拔劍起舞，擋住項莊。張良見狀，至軍門找樊噲前來。

    樊噲強行進帳，對項羽進行一番了說辭，項羽無言以對。於是劉邦伺機逃脫。他留張良將白璧玉鬥獻給項羽和範增，自己以上廁所為由，扔下車騎，隻帶樊噲、夏侯嬰等人從酈山道逃回霸上。

    項羽接受了白璧放在桌上，而範增卻將玉鬥摔在地上拔劍砍破，歎道：“奪項羽天下的人，一定是劉邦。”

    項羽進入鹹陽後，引兵屠戮鹹陽，殺秦王子嬰，火燒秦王宮，大火連續燒了三個月沒有滅，搜集寶物美女準備回江東，有人勸項羽說關中富饒，可以成王霸之業。

    但項羽見秦王宮都已經被毀壞，自己又迫切的想回到江東，於是不聽。那人又說，都說楚人性情殘暴，果然是這樣。項羽聽到後，把那個人殺了。

    項羽在得到楚懷王的同意後，自立為西楚霸王，封劉邦為漢王，章邯為雍王，司馬欣為塞王，董翳為翟王，魏王豹為西魏王，申陽為河南王，司馬卬殷王，趙王歇為代王，張耳為常山王，當陽君英布為九江王，吳芮為衡山王，共敖為臨江王，燕王韓廣為遼東王，臧荼為燕王，齊王田市為膠東王，田都為齊王，田安為濟北王等十八個諸侯王。