项梁派刘邦、项羽各领一路军队，去攻打城阳（今山东鄄城县东南）、濮阳（今河南濮阳县西南）东、外黄（今河南民权县西北）等地，自己则带着主力，去进攻章邯。公元前208年七月，连降大雨，项梁率兵进攻亢父（今山东济宁市南），听说齐王田荣（田儋被章邯杀死后，田荣继位）被章邯围困于东阿（今山东省东阿县西南的阿城镇），便率兵救齐，在东阿大破章邯所率秦军，章邯出关以来终于尝到了失败的味道。项梁乘胜追击秦军，并多次催促齐兵与楚军一同西进作战，存有私心的田荣却不肯发兵助楚。项梁派刘邦及项羽进攻城阳（山东鄄城县东南），攻克后屠城。刘邦及项羽又西进在濮阳（今河南濮阳西）东击破秦军，秦军退守濮阳。刘邦及项羽进攻定陶而未下，西进略地至雍丘（今河南杞县），大破秦军，斩秦三川郡郡守李由。项梁发兵于东阿西进，抵达定陶，再次击破秦军。
糖衣炮弹永远是最好吃的毒药。这一连串的胜利让项梁有些分不清东南西北，当章邯吃了败仗在秦以倾国之兵补充兵员的时候，他在享受胜利的喜悦，于是章邯卷土重来于定陶大破楚军，立刻验证了那句“骄兵必败”的名言。正在进攻陈留（今河南开封县东南陈留城）的刘邦、项羽闻知项梁战死，与陈胜的旧部吕臣一道率兵回了根据地。吕臣驻军在彭城（今江苏徐州市）东面，项羽驻军在彭城西面，刘邦驻军于砀山一带。
定陶一战后，章邯对楚地的起义军放松了警惕，便率军渡黄河北上攻击赵地的义军。
赵国的义军其实是“张楚”政权的分支。陈胜建立“张楚”政权后，部将张耳、陈馀向陈胜请兵攻夺赵地。陈胜就命武臣为将军，张耳、陈馀为左右校尉，率军三千攻夺赵地。武臣从白马津(今河南滑县东北)渡过黄河北上，沿途队伍不断壮大，连续攻下赵地十余城，并杀了所下之城的秦朝官吏。于是赵地剩下的城池都据城坚守不降。武臣转向东北方攻打范阳（今山东梁山县西北）。范阳人蒯通（本名蒯彻，汉避武帝讳改彻为通）先是游说范阳县令向武臣投降，然后又对武臣说：“你要是杀了范阳县令，其他的官员因为怕死，一定会更剧烈地反抗你，但如果你非但不杀范阳县令，反而封其为侯，你猜会怎么样？”武臣听从了蒯通的计策，马上就有三十多城不战而降的官吏。
武臣的军队攻下原来赵国的首都邯郸后，张耳、陈馀怨恨陈胜采纳他们的计策，却不任命他们做将军而仅仅只授予校尉之职，劝说武臣自立为王。于是武臣自立为赵王，并封陈馀为大将军，封张耳为右丞相。
武臣自立为赵王以后，就开始对陈胜的命令阳奉阴违，拒绝响应陈胜西进击秦的号召，而是派韩广攻燕地，李良攻常山郡（秦时本称恒山郡，汉避文帝讳改为常山）。韩广攻下燕地后，在当地民众的支持下，也学武臣的样子，自立为燕王。李良平定了常山郡后，武臣又命他攻打太原郡。李良率兵至石邑（今河北石家庄市西南），秦兵扼守井陉关（今河北井陉县东南），李良不得前进，就返回邯郸请求增兵。
李良回邯郸时于途中遇到武臣的姐姐外出，她的随从有骑兵百余人。李良误以为赵王外出，拜伏于路边。武臣的姐姐酒醉，不知李良是大将，仅派骑士来答谢。李良平时自以为是显贵，这次觉得自己在随从面前丢了脸。此时，随从中又有一人在其中挑拨，于是李良杀了武臣之姐，率军袭击邯郸。邯郸方面毫无防备，于是武臣被杀，张耳、陈馀因耳目较多而逃出。
张耳、陈馀收集军队，得数万人，并立赵王后裔赵歇为王，率兵攻打李良，李良败走后投降了章邯。
恰好此时章邯也已经打败了项梁，就由李良领路，带着秦军直杀赵都邯郸（今河北邯郸市），赵王赵歇、丞相张耳退入巨鹿城（今河北平乡县西南）内。章邯命部将王离、涉间率军包围巨鹿，他自己则在巨鹿南面的棘原（今河北平乡县南）安营扎寨，筑起甬道（道路两旁设有防御工事），为秦军运送粮草；赵国将领陈馀则在河北常山招兵买马，就是所谓河北军。
秦将王离仗着自己兵多粮足，攻城战一波比一波凶猛，而巨鹿城中的赵军“食尽兵少”，有点扛不住了，再不搬来救兵恐怕要完蛋。丞相张耳心急如焚地催陈馀带兵出去跟城下的秦军开战，陈馀心里也有自己的算盘，自己兵少，跟秦军对打不出意外肯定会战败，因此一拖再拖，打算等其他几个国家的援兵来了再说。
拖了一两个月，张耳大怒，他跟陈馀本是结拜兄弟，眼下正是患难见真情的时候，你不出去杀秦军个人仰马翻，而是躲在一边算怎么回事？于是派张襶、陈泽前往质问陈馀说：“当初我与你结为生死之交，今日赵王与我早晚将死，而你手下有数万兵，却不肯相救，这算哪门子同生共死！如果是言必有信，为什么不跟秦军一战，也许这样我们还有几分保命的可能。”
陈馀面对结拜兄弟的质问淡定地回答说：“就算我倾全军之力出击也不见得能救赵，只是白白地送死，这样还怎么为赵王、张君报秦军之仇？现在跟秦军打，就好比把肉丢给饿狗，有何益处？”张襶、陈泽也是奉命而来，答曰：“事情紧急，你说过要同生共死，就要说话算话，哪里管得以后的事！”陈馀也是没有办法，话都说到这个份上了，于是说：“我死不要紧，但这样只是白白牺牲士兵的性命。”于是陈馀派五千人让张襶、陈泽率领同秦军对抗，果然，一出兵就全军覆没。
赵国被章邯逼得焦头烂额，偏偏自己又没实力，只能向周边的楚、燕、齐等国求援，各国也陆续派出援兵。于是，以秦军主力为一方、以赵国及各路义军主力（主要是赵军与楚军）为一方的对峙局面终于形成，为巨鹿之战拉开了序幕。
破釜沉舟，项羽大败章邯
章邯率军包围巨鹿，赵王歇危在旦夕，多次派使者向邻国楚国求救。“唇亡齿寒”的道理谁都懂，楚怀王知道章邯拿下巨鹿后，下一步肯定是南渡围攻楚军，到那时孤军与秦军作战，形势将更为不利，不如与各路诸侯联合起来在巨鹿同秦军决一死战。因此，楚怀王安排宋义为上将军，项羽为次将，范增为末将，发兵救赵。各路将领都隶属于宋义，号为卿子冠军。
次将项羽对这个安排很不满意。宋义是因为预言项梁会失败才受到楚怀王的赏识，项羽心里想：“你说我叔叔会吃败仗结果受到重视了，现在居然还当我的上司……”项羽是个自尊心很强的人，但是没办法，不能接受也得接受，于是憋着火一路行进，结果走到安阳（今山东曹县东南）宋义不走了，史书上记载“留四十六日不进”。
项羽心里很着急，他很想为叔父项梁报仇，可宋义在安阳按兵不动，拒不救赵，于是便对宋义说：“我听说秦兵围赵军于巨鹿，如急速领兵渡过黄河，楚军从外围进攻，赵军从城内响应，必定能击溃秦军。”宋义回答说：“不对。牛虻只会咬牛而不会消灭虱子，我们可以坐等秦军攻赵，战胜，秦军疲惫，痛打落水狗；战败，我们可以率军大张旗鼓地西进，必定能一举灭亡秦朝。因此，不如让秦、赵先打起来。”并且他说了这样一番话：“身披坚甲手持利兵，我不如你；可坐于帷帐之中运筹决策，你不如我。”与此同时，宋义向全军下达命令：“猛如虎、狠如羊、贪如狼、倔强而不听从命令者，一律斩首。”
宋义是个很滑头的人，他想“鹬蚌相争，渔翁得利”，谁也不想得罪，可越是这样最后越是没有好下场。当时的诸侯流行自立门户，而宋义则选择抱齐国的“大腿”，把亲儿子宋襄派到齐国去辅佐齐王，为了表示诚意，亲自护送到无盐（今山东省东平县东南）大摆酒席宴会。宋义的种种行为让项羽很不爽，他找到宋义说：“现在正是合力攻打秦军的时候，你不但不出力，反而给你儿子摆出行酒，秦国跟赵国开打哪里有失败的道理，赵国一旦被灭秦军则会更加强大，哪里谈得上‘疲惫可以利用’！况且楚国军队新近被秦军战败，楚王坐立不安，把全国军队集中起来交给你指挥，就等着你的好消息。如今你不仅不体恤士兵，还想着为自己牟私利，你这样做实在不仗义。”
当时正好是十一月，因为九月是闰月，这会儿已经进入了冬季，这一年的收成也不太好，还发生了饥荒，楚军由于长期滞留，粮食已经开始短缺。第二天一早，项羽看到士兵们一个个都在啃地瓜或菽（豆子）充饥，顿时怒从心生，提着刀就找宋义去了。没一会儿，项羽手提宋义的人头走出军帐，对军中将士说：“宋义与齐王密谋反叛楚国，楚王密令我将他诛杀。”
众将领见上将军宋义已被斩首，无不畏惧而服从，无人敢于抵拒，都说：“最早拥立楚王的是将军一家；现在又是将军诛杀了乱臣贼子。”于是众将领拥立项羽为代理上将军，同时，派人追赶宋义的儿子宋襄，一直追到齐国，将宋襄杀死。派桓楚向楚王汇报此事，楚怀王正式任命项羽为上将军，并且将当阳君黥布、蒲将军所统率的军队，都归项羽指挥。
项羽终于当家做主了，立即派黥布、蒲将军首先率两万士卒渡过黄河，救援巨鹿赵军。与秦军交战后，战事稍有胜利，陈馀又向项羽请求援兵。项羽下令破釜沉舟，烧毁军营，只存三日粮，全员渡黄河救赵。这就是著名成语“破釜沉舟”的由来。史书记载：“皆沉船，破釜甑，烧庐舍，持三日粮，以示士卒必死，无一还心。”
楚军将士斗志昂扬，到达巨鹿首先包围秦将王离的攻城部队，断了秦军送粮的甬道，杀苏角，俘王离。秦将涉间拒不降楚，自己投火而死。巨鹿之围因秦军的溃败而宣告解除。项羽在与王离带领的秦军交战时，章邯带领的另一支主力部队没有出动，仍驻扎在巨鹿南面的棘原。项羽在巨鹿城下俘虏王离之后，率大军驻守在漳水南面，与其余诸侯军和秦军形成夹击之势。
章邯是当时秦朝的顶梁柱，秦朝能够苟延残喘到今，全靠章邯在这里苦心维持。但为什么他这时候不赶紧跟项羽交战，反而让自己的二十五万精锐部队，驻扎在巨鹿南面的棘原，和各国的部队“相持未战”呢？况且章邯手底下的秦军，战斗力非常强，如果拼死一战，完全有赢的机会。原来，是章邯的后方不稳了。
在章邯与项羽两军相持的时候，秦帝国内部发生了权力斗争，阴谋家赵高陷害了晚节不忠的丞相李斯，攫取了帝国大权，昏庸的秦二世成了赵高手中的傀儡。正好这时秦军在巨鹿接连失败，秦二世派人责问章邯。章邯感觉不妙，派长史司马欣回咸阳请示。结果司马欣到达咸阳后却吃了赵高的闭门羹，被晾在一边。司马欣感觉情况不妙，就逃跑回巨鹿，跟章邯商量说：“朝廷里情况不妙啊，现在是赵高在朝中当权，说一不二，咱们跟赵高的关系不好，也没有人敢给我们说好话。如果打赢了，赵高肯定嫉妒我们的功劳，给我们穿小鞋；如果输了，难免一死。还不如投降呢！”
正好这时陈馀也给章邯写了一封信，信中说：“白起身为秦将，南征鄢郢，北坑赵国马服君赵括的四十万降卒，攻城略地，不可胜数，而终于被赐死。蒙恬身为秦将，北逐匈奴，在榆中开地数千里，最终竟被斩于阳周（今陕西子长县北），是因为什么？还不因为他们功劳太高，秦无法封赏，所以找借口诛杀。如今将军你已经为秦国打了三年仗，死伤的士卒没有十万也有八万，而且现在各路诸侯都在闹分家，你这样打下去什么时候是个头。赵高素来阿谀奉承，眼下事情紧急，他也怕没法跟秦二世交代，惹来杀身之祸，所以一定会想办法诛杀将军来推脱责任。如今有功是死，无功也是一死。况且上天要灭亡秦朝，将军为何不倒戈，联合诸侯共同伐秦？”
章邯看完信动摇了，权衡了一番还是派出了使者打算与项羽订立和约。可和约还没订呢，项羽派蒲将军渡过三户津（河北临漳县漳河上的一个渡口），再次与秦军交战并取得了胜利。项羽率领全部大军在污水（在临漳县西的一条河流）攻击秦军，秦军大败。这下章邯也不端着架子了，直接找到项羽无条件投降，于是项羽接受了章邯的请求，并且封他为雍王，将他安置在楚军之中；让司马欣担任降军的上将军，率领投降的秦军继续向西行进。项羽率领着各路诸侯的军队紧随其后，向关中进发。
于是巨鹿之战以项羽的取胜画上圆满的句号，这场历时将近一年的战争让项羽扬名天下，也宣告着他登上了历史的大舞台。第一个吃螃蟹的人总是会得到更多的利益，巨鹿一战中，当时不只楚国的救兵到了，各路诸侯派出的救兵也都到了，但是他们都在“坐山观虎斗”，不敢对秦军下手，都在看到底是项羽赢还是秦军赢，好选择战队。巨鹿之战后，项羽理所当然地成为诸侯军的统帅。
千里远征，刘邦攻下咸阳
刘邦在投奔景驹的时候，遇到了另一个义军领袖——张良。张良与刘邦二人见面后，一交谈，两人大有相见恨晚之意。于是张良放弃投奔景驹的念头，直接投奔到刘邦这边。
