鉅鹿之戰時，項羽率軍渡過漳水後，下令把船全部鑿沉，把做飯的器具全部毀壞，只帶著三日糧草與秦軍作戰，項羽士卒因此以必死之心奮勇向前，項羽軍因此戰鬥力得到大的提升，個個以一擋十，殺的諸侯軍人人膽寒，最終取得鉅鹿之戰的勝利。
項羽率領全部兵馬渡河，與秦軍大戰九次，章邯破走，項羽率軍繼續北上進攻王離。楚兵以一當十，呼聲動天，打退章邯後，諸侯軍受到了極大的鼓舞，與項羽一起進攻王離，斬殺蘇角，並生擒王離，秦將涉間不願投降而自殺。
大破秦軍後，項羽於轅門召見諸侯將領，諸將無不跪著前來，不敢仰視項羽。於是項羽為諸侯上將軍，諸侯都歸附於他。
章邯率軍駐紮在棘原，項羽駐軍於漳水南，兩軍相持不戰。
秦軍多次被項羽打敗，秦二世派人責備章邯，章邯害怕，於是派長史司馬欣去請示，司馬欣到了咸陽，被趙高留在司馬門三天，不予接見，有不信任的意思。
司馬欣非常害怕，急忙逃到章邯營中，勸章邯早做打算，趙軍陳餘也寫信給章邯，勸其反秦。
章邯暗中派始成前往項羽營談和約，但沒有談妥。
項羽讓蒲將軍領兵，日夜兼行渡過三戶津與秦軍交戰，將其擊敗。而後項羽率領全軍又於汙水上大破秦軍。
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，先答應他們。”
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。項羽於是立章邯為雍王，司馬欣為上將軍，率領秦軍為前部，行至新安。
公元前206年十一月，諸侯計程車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，暗地裡作打算。
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，行至函谷關，發現有兵守關，項羽軍無法透過，又聽說劉邦已經攻破咸陽，項羽大怒，派當陽君攻破函谷關，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，珍寶全部佔有。范增也告訴項羽，說劉邦在山東時貪財好色，入關後卻不取財物女人，志向不小，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，劉邦攻破咸陽有大功，如果進攻他是不義之舉，項羽表示贊同。
劉邦第二天率領一百多騎兵來見項羽參加鴻門宴，范增暗示項羽殺掉劉邦，但項羽為人不忍，默然不應。
於是范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。
劉邦留張良將白璧玉斗獻給項羽和范增，自己以上廁所為由，扔下車騎，只帶樊噲、夏侯嬰等人從酈山道逃回霸上。
項羽接受了白璧放在桌上，而范增卻將玉斗摔在地上拔劍砍破，嘆道：“奪項羽天下的人，一定是劉邦。”
項羽進入咸陽後，引兵屠戮咸陽，殺秦王子嬰，火燒秦王宮，大火連續燒了三個月沒有滅，蒐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。
項羽分封完諸侯，諸侯各前往封國，項羽將義帝遷往長沙郴縣，暗中令衡山王吳芮、臨江王共敖於途中將義帝殺死。
公元前206年八月，齊、趙諸侯叛亂，項羽率軍前往平亂，聽聞劉邦已定關中，非常憤怒，封鄭昌為韓王，派其前往阻擋劉邦，令蕭公角阻擊彭越。
彭越擊敗蕭公角後，張良偽作韓王書給項羽，說劉邦只想得關中，不會向東用兵，又偽作齊王、梁王書給項羽說齊王準本和梁王齊心協力滅掉楚國。
於是項羽放心攻打齊國。項羽徵召九江王英布，英布託病不出，派遣手下將領只率領幾千人前往，項羽因此怨恨英布。
公元前205年冬，項羽北至城陽，田榮引兵會戰，被項羽擊敗，田榮逃往平原，被平原民殺死。