汉王与项王以鸿沟为界平分天下，签订盟约后，项王就带着队伍罢兵东归了。汉王也想撤兵西归，陈平和张良劝谏汉王说：我们已经占据了大半个天下，诸侯又都归附于我们，而楚军已经兵疲粮尽，这正是天赐亡楚的大好时机，我们应该趁此机会把他消灭掉。如果我们放过项羽不打他，那就是养虎为患，将来会成为我们的大麻烦。
汉王听从了他们的建议。
汉王马上调集军队追赶项羽，并与建成侯彭越，淮阴侯韩信约好会合日期，共同攻打楚军。到了约定好的会合日期，汉军到达固陵，而彭越，韩信的部队没有如约会合。
项羽见刘邦不遵守盟约，竟然派将士追赶楚军，很是生气，便趁汉军立足未稳，突然袭击汉军，汉军大败，又逃回营垒，深掘壕沟坚守。汉王问张良说：诸侯不遵守约定，得怎么办？
张良说：楚军快被打垮了，韩信，彭越还没有得到分封的地盘，他们捞不着好处，不来会合是很正常的。现在的形势很难预料，如果君王把陈县到海滨一带地方给韩信，把睢阳至谷城的地方给彭越，使他们各自为自己的利益而战，就能很轻松的打败楚军。
汉王听信了张良的谏言，马上派使者到韩信，彭越处传达，韩信，彭越欣然接受，韩信从齐地出发，刘贾的部队从寿春进发，沿途攻下数座城邑，与彭越先后会师垓下，逼近项羽。
项王的军队在垓下修筑营垒，准备最后一搏。但楚军兵少粮尽，又被汉军及诸侯军团团包围好几层。深夜，汉军在四面唱着楚地的歌，使楚军思念家乡而没了斗志。项王听到了楚歌，大为吃惊，知道自己很难脱身，便披衣起身饮酒消愁。
项王有个美人叫虞姬，倍受项王宠爱，一直陪在你身边。面对现在的险境，面对心爱的虞姬，项王慷慨悲歌，吟唱道：我有，力能拔山的英雄气概举世无双，但我的时运不济呀，才落得如此境地。虞姬呀虞姬，我不知道怎么安排你才算妥善！
美人虞姬在一旁应和，项王唱了一遍又一遍。项王悲怆无奈，泪流满面，左右侍从也跟着落泪，都沉浸在绝别，无望的凄凉之中。
项王心爱的骏马叫骓，项王抚摸着马头，马通人性，也落下了泪。项王骑上他心爱的骏马，部下有八百壮士骑马跟在后面，趁着夜色冲出重围，往南飞驰而逃。天亮时汉军才发觉项王逃走了，命令灌婴带领五千骑兵去追赶。
项王渡过淮河，跟随身边的部下只有一百多人。项王到了阴陵迷路了，去问一个农夫，农夫骗他，让他向左走，项王带着部下走左路，陷进了沼泽地中。此时汉兵已追上他们，项王只好掉头向东冲杀过去。到达东城项王回头一看，部下只剩下二十多人，汉军有几千骑兵已经追赶上来，项王已无路可走。
项王对他的骑兵说：我带兵起义至今已有八载，亲自指挥打仗七十余场，从未有过败绩。我所抵挡的敌人都被打垮，我所攻击的敌人无不降服，因此才能称霸据有天下。可如今终于被困在这里，这是上天要亡我呀！绝不是我作战的过错。
为了证明这不是我的过错，我愿意带领你们痛痛快快地打一仗，这是我决一死战，一定胜他三个回合。带领诸位冲破重围，斩杀汉将，砍倒军旗，让诸位知道，绝不是我的错误，是上天要灭我。
项王把骑兵分成四队，面对四个方向，汉军把他们包围了好几层，必置他们于死地。项王对他的部下说：我来给你们拿下一员汉将，四面骑士驰马飞奔而下。汉军像草木一样溃败了，一名汉将应声倒地。汉将杨喜在后面追赶项王，项王回身怒斥他，吓的杨喜倒退数里，不敢向前。
项王与三处骑兵会合了，消失在夜幕中。汉军不知项王去向，便把部队分为三路，再次包围上来，项王驰马冲向前去，一名汉将都尉被斩杀，有八十名士兵被杀死。项王聚拢骑兵，清点人数，仅仅损失两个人。项王问骑兵道：怎么样？
骑兵们敬服的说：正像大王说的那样。此时项王想向东渡过乌江，乌江亭长正把船靠岸等在那里，对项王说：江东虽然小，但也有土地方圆一千里，民众几十万，足够可以称王的了。请大王快快上船，江岸只有我一条船，汉军到了也没法渡过去。
项王笑了笑说：上天要灭我，我还过乌江干什么！江东子弟曾有八千人与我渡江西征，如今没有一个人回来，我有何脸面见江东父老，我项羽心中羞愧难当。项羽接着说：我知道您是忠厚长者，我骑的这匹马跟随我征战了五年，日行千里，所向披靡，我不忍心杀掉它，我就把它送给你吧！
项羽命令骑兵都下马，步行与追上来的汉军短兵相接。光项羽一个人就杀掉汉军几百人，项羽身上也多处受伤。项王回头看见了汉军司马吕马童，就对他说：你不是我的老朋友吗？
吕马童只好过去与项王打个照面，他指给王翳说：这就是项王。
项王说：我听说汉王悬赏千斤黄金，封邑万户征求我的脑袋，我就把这份好处送给你吧！
说完自刎而死。项王的头被王翳拿走，汉兵们开始争抢项王的躯体，互相争斗死了几十人。最后由杨喜，吕马童，吕胜，杨武各争得一段肢体。五个人把肢体拼合在一起，能认出来是项羽。刘邦把万户侯的土地分成五份，封给持有项羽肢体的五位将军，并封他们为侯。
项王已死，楚地人相继投降了汉王，只有鲁县仍不降服，因为项羽当年被楚怀王封为鲁公，封地就在鲁县。部将要将鲁县屠城，汉王考虑到他们是恪守礼义，为君主守节而不惜一死是义。汉王命人把项羽的人头拿给鲁县父老看，鲁县父老这才投降了。
刘邦按照鲁公这一封号礼仪，把项羽安葬在鲁地。刘邦亲自为项羽发丧，并假惺惺哭了一场离开了，没有为难项氏家族，并封项伯为侯，赐姓刘。