汉三年（前204年）十一月，刘邦用计收复成皋，迫使项羽大司马曹咎自杀。
项羽在击败彭越后，寻汉军主力决战不成，屯兵广武（今河南荥阳北）与刘邦形成对峙。
不久，韩信在潍水之战中歼灭齐楚联军，完成对楚侧翼的战略迂回，又派灌婴率军一部首奔彭城。
项羽腹背受敌，兵疲粮尽，遂与汉订盟，以鸿沟为界，中分天下，东归楚，西归汉。
汉西年（前203年）十月，项羽引兵东归。
楚、汉订盟后，刘邦本想退兵，在张良、陈平提醒下，下令全力追击楚军汉西年（前203年）十一月，两军战于固陵（今淮阳西北），项羽小胜。
汉五年（前202年）正月，刘邦、韩信统领三十万汉军与十万楚军于垓下（今安徽灵璧南）展开决战。
汉军以韩信率军在前为先锋，将军孔藂为左翼、陈贺为右翼，刘邦率部居中，将军周勃、柴武列阵在后。
韩信挥军进攻，采用诱敌深入战术，前军先诈败，信引兵后退，命左、右翼军包抄攻击楚军后部步军。
楚军久战疲劳后军迎战不利，汉军将楚后军与项羽前军骑士分割两半，韩信再指挥全军反击，楚军大败，损失惨重，残余部队随项羽退回阵中。
后楚军退入壁垒坚守，被汉军重重包围。
楚军兵疲食尽。
汉军和诸侯联军将之重重包围，晚上西面传来楚国的歌声。
致使楚军上下军心瓦解，项羽只有率八百人突围至乌江，这时项羽身边只剩下二十八骑，一亭长愿带项羽逃至江东重振霸业，遭项羽拒绝。
项羽带着二十八骑大战汉军，在全军覆没后于乌江自刭而死。
楚地自此归汉。
随后，刘邦率军北上，招降鲁县，并以鲁公之号将项羽葬于谷城。
随后，刘邦还至定陶，驰入韩信军中，收夺其兵权。
汉五年（前202年）正月，韩信等诸侯及群臣共同上书刘邦，请他即位称帝同年二月初三，刘邦在山东定陶氾水（今山东曹县北）之阳举行登基大典，定国号为汉（史称西汉），是为汉高帝。
刘邦即皇帝位后，王后吕雉改称皇后，太子刘盈称皇太子。
此后，刘邦暂居雒阳，并派兵平定了为项羽叛汉的临江王共尉的叛乱。
他最初打算定都雒阳，后根据戍卒娄敬的建议，定都咸阳以东的长安，取长治久安之意。
同年六月，宣布大赦天下。
天下平定后，刘邦“命萧何次律令，韩信申军法，张苍定章程，叔孙通制礼仪，陆贾造《新语》。
又与功臣剖腹作誓，丹书铁契，金匮石室，藏之宗庙。
虽日不暇给，规摹弘远矣”。
[ 自萧何此律令以下，基本上都属于立法工作，为后世立制垂范。
章是历数的章法，程是度量衡的规定，军法是讲用兵之道，《新语》是讲历代兴衰之故。
礼仪，不仅限于朝仪的内容。
这样多方面的开国规模，是前代所没有的。
