项羽率众诸侯兵破函谷关，到鸿门时，已比刘邦入关迟了一个多月。他虽然没有听从范增的计谋在鸿门宴上杀了刘邦，但对楚怀王坚持“先入关中者王之”十分不满。
　　项羽凭藉手中掌握的四十万军队，于次年一方面阳尊怀王为义帝于郴县，而暗中密令英布、吴芮、共敖将其杀死于南迁途中；另一方面，则自立为西楚霸王，建都彭城，以霸主的身份将全国分成十八个王国，分封给诸侯、部将和降将为王。
　　这十八个王是：汉王刘邦、雍王章邯、塞王司马欣、翟王董翳、西魏王魏豹、河南王申阳、韩王韩成、殷王司马邛、代王赵歇、常山王张耳、九江王黥布、衡山王吴芮、临江王共敖、辽东王韩广、燕王臧荼、胶东王田市、齐王田都、济北王田安。
　　项羽这样分封的目的，首先是建立自己的权威，以便号令天下；其次是把他的劲敌刘邦封在秦朝流放罪人的巴蜀，以降将章邯、司马欣给予钳制。
　　刘邦被改封到汉中，初不欲就国，谋攻项羽，萧何进言曰：“汉水上应天汉。汉中，据有形胜，进可攻退可守，秦以之有天下”。
　　刘邦于是采纳萧何建议，屈就汉王封号，招贤纳士以图天下，同时确定了收用巴、蜀，还定三秦，东向以争天下的方略。
　　公元前206年四月，忍忿前往汉中就国，而张良亦回韩国就任韩相。刘邦去汉途中烧毁所过栈道，防止诸侯军偷袭，并借此表示无东向之意，以麻痹项羽。项羽亦于同时班师彭城。
　　至汉中后，故项羽帐下执戟郎中韩信因不受重用而弃楚归汉。后经过萧何举荐于汉元年五月任大将军。刘邦积极为回师关中做准备。
　　项羽以韩王（韩成）灭秦无功为借口，不让他就国而带他到彭城，废为侯爵，又把他杀了，立吴县县令郑昌为韩王。原燕王韩广不愿徙王辽东，新燕王臧荼攻杀之于无终，并其国。
　　公元前206年五月，齐相田荣不满项羽分封，攻打临淄王田都，田都逃到楚国，田市本被项羽封为胶东王，田荣却立田市为齐王，不让他去胶东就国，田市畏惧项羽，前往胶东就国，田荣对这个不争气的侄子大怒，派人追杀田市于即墨，又回军攻杀济北王田安。这样田荣击并三齐，遂自立为齐王。并予彭越将军印，令其击楚。项羽派萧公角攻打彭越，被彭越打得大败。
　　公元前206年十一月，赵将陈馀因不满项羽分封，派夏说游说田荣，从齐王田荣处借兵，与自己三县之兵一起攻常山王张耳，张耳败走，归汉。陈余重迎立代王赵歇为赵王，赵王感激陈余，立陈余为代王，陈余以赵王赵歇弱小，不去代国，以夏说为相国驻守代地，自己留在赵王歇身边辅佐赵王。
　　同月，项羽自己亦作乱，密令九江王英布遣将杀害义帝于郴县。
　　汉王为了顺利地夺取陈仓，先遣曹参取下辨，故道，出散关，趋陈仓。
　　汉王刘邦随后率领数万汉军从汉中驻所南郑出发，经过故道翻越秦岭，从故道出袭雍王章邯。
　　这时雍王章邯率军在陈仓坚守，意图将汉军阻于陈仓。
　　在汉军难以攻下陈仓之时，这时赵衍向汉王献山路小道绕过陈仓章邯军正面，刘邦另派汉将范目等率賨民军从山间小路翻山越岭绕过陈仓正面从背后突袭陈仓，随后汉军前后夹击大败章邯于陈仓。
　　刘邦派樊哙带兵在白水以北击败西城县丞的军队，又在雍县之南击败雍王章邯的轻车骑兵，曹参率军北上夺取雍城。
　　章邯退往好畤与汉王交战，大败。章邯再退守废丘，其弟章平守废丘西北约四十公里的好畤，与废丘互为犄角。刘邦亲率汉军团团围住废丘，包围章邯。
　　刘邦派汉军东进咸阳，派曹参攻下斄县，随即曹参北上进攻章平，于好畤南击破章平军。
　　另派周勃和樊哙攻克了槐里，接着周勃、曹参、樊哙等人一起夹击好畤城。周勃、樊哙将章平包围在好畤；曹参独自南下取壤乡，并于壤东及高栎击破来援的三秦军；之后曹参、周勃、樊哙攻打包围于好畤的章平，攻拔好畤，章平逃走。
　　汉军占领好畤，打开了进入咸阳的大门。
　　接下来曹参与周勃、樊哙又率领军队进攻咸阳，在咸阳附近与赵贲和内史保的军队激战，将其击败，乘胜攻克了秦帝国的都城咸阳。
　　刘邦在汉军拿下咸阳后，首先要拿下函谷关隔绝三秦和关东的联系。塞王司马欣于项梁有恩，相对来说，三秦王中塞王是真正的项氏耳目，对东扼函谷要口，对西监视咸阳。
　　有鉴于此，刘邦派战功赫赫的灌婴首先消灭的敌人是东方三秦之一的司马欣，派灌婴率汉军进攻塞王司马欣的都城栎阳的同时，刘邦另派周勃率军向北进攻漆县，得手后追击败退的章平军和姚昂军，并与樊哙向西平定了汧、郿、频阳等县。
　　此时的章邯已经发现情势不对，向另二秦求援，汇合章平等三秦援军进攻汉军，但刘邦让曹参在景陵据险而守，挡住了章平等三秦军的进攻二十余日，为汉军消灭司马欣提供了时间，随后汉军回援曹参等反击大破章平等三秦军。
　　在消灭司马欣后，刘邦派曹参、灌婴、樊哙回军继续围困废丘的军事行动。
　　派郦商平北地，郦商率领军队北上，平定了位于今天陕西北部和内蒙西部的北地和上郡。在焉氏打败了雍王章邯部下率领的军队，在旬邑打败了周类率领的军队，在泥阳打败了苏驵率领的军队。
　　另派丁复、朱轸平上郡，丁复、朱轸率军奔袭北面的翟王于高奴，大破翟王攻下高奴，翟王降。
　　派周勃、靳歙平陇西，周勃和靳歙率军向西面的甘肃进军，打败了西县县丞率领的军队，占领县城。又击败盗巴的军队，攻占了位于甘肃天水的上邽县。
　　至此，汉军平定关中大部，唯废丘不下。
　　汉二年（公元前205年）六月，樊哙水淹废丘，章邯自杀。汉军完全平定关中。
　　三秦战役历时八个月，胜利之后，刘邦基本占据了战国时期秦国的地盘，拥有了当年秦始皇消灭六国一统天下的本钱，为像秦始皇那样从咸阳出发重新统一中国，建立了强大的根据地。