当时，要想进入关中，必须越过险峻的秦岭山，而通过秦岭的三条通道，由三秦王分兵把守，极不利于大军通行。因此，韩信特制定出“引兵从故道（今陕西宝鸡市南）出袭雍”的战略方针，以声东击西来力图达成战略进攻的突发性，确保首战成功。于是，韩信公开派出兵力，抢修四个月前汉王出关时烧毁的子午谷栈道，把三秦王的注意力引向秦岭的东段。子午谷的修复使三秦王放松了警惕和防备。汉主力部队则远远绕开子午谷栈道，西出故道，潜越秦岭，出散关，突袭并攻占了陈仓（今陕西宝鸡市东）。雍王章邯慌忙领兵对阵，经反复激战，雍王兵败在废丘（陕西兴平）自杀。翟王董翳和塞王司马欣见势相继迫降。韩信指挥汉军，势如破竹，连克数城，很快占领了关中大片土地，一举平定三秦，初战告捷，为下一步东进以争天下，创造了有利的态势。
汉王二年（前205）刘邦出关，收服魏王魏豹、河南王申阳、韩王郑昌，殷王司马卬降汉；联合齐王田荣、赵王歇共同击楚。四月袭取彭城，当时项羽得知彭城失陷，立即自率3万精兵回救。而刘邦此时竟被胜利冲昏了头脑，在彭城过起沉于酒色的生活，对项羽不加戒备，从而导致10万人马被项羽歼灭，就连妻子与父亲也被项羽给俘虏了。
刘邦兵败彭城之后，魏王豹以探母病为由回到封国后，封锁河关，切断汉军退路，叛汉与楚约和。刘邦派郦生说服魏王豹不成，任命韩信为左丞相，率兵击魏。
公元前205年八月，汉军进入魏境。魏王豹得到汉军进攻的消息，加强了各地的守备，并派大将柏直将主力部署在黄河东岸的蒲坂（今山西永济县蒲州镇），封锁黄河渡口临晋关，企图阻止汉军渡河。韩信再次故技重施，用了声东击西、避实击虚的战术，增加佯动部队，集中船只摆出要从临晋关渡河的架势。而在暗中却调动军队，向北进发到夏阳（今陕西韩城南），作为主渡地段。当时，韩信筹集和制作了简易的渡河器材——木罂缶。这是一种口小腹大的木桶，泅渡时缚在士兵身上，借以增加浮力。就这样汉军神不知鬼不觉地越过黄河，奔袭魏军的后方安邑（今山西运城东）。魏王豹得到消息，仓惶回师迎战，被汉军杀得大败，被迫率残兵向东退却。汉军急追至曲阳（今山西安邑、垣曲间），又败魏军。九月，魏王豹在东垣（今山西垣曲西）被俘，韩信兵不血刃进入魏都平阳（今山西临汾市）。然后，韩信又分兵攻占河东52县，将它改建为河东郡，并将被俘的魏军精锐送往荥阳增援守备。
背水破赵沉沙败齐
灭魏以后，黄河以北尚有代、赵、燕及山东的田齐四个割据势力。他们依附项羽，对抗刘邦。韩信针对这种情况，向刘邦提出：“北举燕、赵，东击齐，南绝焚之粮道，两与大王会与焚阳”的计划。刘帮表示赞同。
公元前205年，汉高祖刘邦派韩信和张耳率领几十万大军准备突破井陉口（今河北井陉西北）攻打赵国。赵王和成安君陈余听说汉军来袭，便在井陉口部署了重兵，号称20万大军迎战。广武君李左车建议成安君采取断其粮道、深沟固守的战略，但成安君笃信儒学，宣称作战不能使用阴谋诡计，拒不采纳李左车的计谋。
韩信得知李左车的计谋未被采纳，大胆引兵前来，在距井陉口30里处扎寨。随后命令2000精兵每人拿一面红旗，到赵军营垒附近的山上埋伏。行前告诫他们说：赵军若见我军退败，必然会倾巢出动追击，你们则趁机攻取赵营，拔旗易帜。
正面，韩信以万军进至绵蔓水（井陉西）东岸，背水列阵。韩信命令三军说：“今天打败赵军，正式会餐！”诸将闻言，都不相信。要知道：背水作战在当时可谓兵家大忌，而韩信一反常规，铤而走险。就连赵军纷纷嘲笑韩信不会用兵布阵时，韩信派出一部汉军打着大旗前进，赵军马上发兵迎击。汉军交战后佯败，抛旗后撤到河边阵地。赵军见状，倾巢出动向汉军展开攻击。
这时韩信派出的2000精兵趁机攻入赵军空虚的营垒，将赵军的旗帜全部换为汉军的红旗。阵前的赵军与汉军交战后，发现汉军个个英勇无敌，视死如归，虽只有10000余人但与强大的赵军比起来，亦是不相上下。交战时间一久，赵军不能取胜，准备回师但一回头却发现营垒插满了汉军的旗帜，以为汉军已经破赵，军心大乱，纷纷溃逃。于是汉军前后夹击，彻底击败赵军，并俘虏了赵王歇。
汉高祖四年（前203）十月，韩信又指挥汉军，大破齐都。十一月，齐汉潍水之战时，韩信成功地运用沉沙断流，半渡而击的战法，借抽掉上游阻隔的沙袋而形成的河水冲击力，分割、消灭援战的楚军，并一举击败双倍于己的齐楚联军20万，齐王逃跑，齐将龙且战死。这次战役，重创楚军主力，阻断了楚军的粮道，使项羽在战争中完全丧失了优势和主动地位，在荥阳前线处于进退维谷的窘境。
垓下灭楚荣归报恩
韩信连克魏、代、赵、燕、齐五国，战领了长城以南、黄河以北和山东的大部分地区，如此辉煌的战绩使得霸王项羽十分担忧，他派盱眙人武涉前去游说韩信反汉联楚，三分天下，但被韩信拒绝了。齐人蒯通知道天下大局举足轻重的关键在韩信手中，于是用相人术劝说韩信，认为他虽居臣子之位，却有震主之功，名高天下，所以很危险。韩信虽然对蒯通的看法表示认同，但却不忍背叛汉王；同时又认为自己为刘邦立马汗功劳，他不会来夺取自己的齐国，于是没听蒯通的计谋。
公元前202年，汉王刘邦在固陵（今河南太康南）兵败，用张良的计谋，把陈以东至傅海（靠近大海）之地割给韩信，睢阳以北至毂城之地封给彭越，征召韩信、彭越率兵会师垓下，与项羽决战。
项羽率楚军在垓下修筑营垒与汉军对峙，但因粮道被阻，粮草接应不上，形势岌岌可危。韩信率领着30万大军独当正面，孔将军居右翼，曹将军居左翼，刘邦领兵在后，周勃、刘武跟在刘邦的后面。韩信首先交锋，不利，向后退却，孔将军、曹将军纵兵夹击，楚军难以招架。韩信乘势反攻，楚军大败。为了进一步瓦解楚军，刘邦让四面包围着楚军的汉军在深夜里一起吟唱楚国的歌谣，勾起楚军将士无限乡思之情。听到歌谣后，楚军感到大势已去，纷纷逃离。
项羽率麾下800余精锐趁夜突围南下。汉军发现后令灌婴带领5000骑兵紧紧追赶。当项羽逃至乌江边时，只剩下为数不多的数十人。又与追兵奋力拼杀，杀死汉军几百人，身受10余处伤，便举剑自刎而死。
刘邦统一天下，在洛阳登帝位，封赏群臣之时，韩信被封为楚王，都下邳。下邳离韩信故乡淮阴不远，韩信衣锦荣归，找到施食的漂母，赠以千金以报当年她施舍之恩。又找到侮辱过他的恶少，竟拜他为中尉。有人问他，为何还要将此人提拔任用，韩信说：“当年他羞辱我，我可以杀他，但杀之无名，不值得，隐忍下来才至发愤图强，乃有今日，实在应该感激他。”
成败萧何冤屈而死
项羽兵败后，他的亡将领钟离昧因为素来与韩信关系很好，于是投靠了韩信。这引起汉帝刘邦的疑心，同时，又有人诬告韩信，说其有谋反之心。其实，那是韩信初到楚国，到各乡邑巡察进出都派军队戒严，这也为好事者落下了口实。于是，刘邦就认为他有造反的嫌疑。汉帝乃采陈平之计，在一次巡游云梦会见诸侯的场合中，把韩信擒拿，立刻绑在车后载回洛阳。韩信高喊：“果然如人们所说，狡兔死，走狗烹，飞鸟尽，良弓藏，敌国灭，谋臣亡。”到了洛阳，刘邦查无实据，就释放了他，贬他为淮阴侯。后来一同到了长安，韩信心灰意冷，常称病不朝，见到周勃、夏侯婴、樊哙等小心翼翼伺候皇帝，常露不屑之色。
汉高祖十一年（前196），代地相国陈豨造反，自立为王，刘邦亲率大军北征平叛。这时，吕后闻报韩信欲勾结陈豨谋反，于是和丞相萧何定计将韩信诱骗至吕后所居的长乐宫，将其束手而擒，遂以勾结陈豨谋反罪名，立斩于宫中的钟室内，并被夷灭三族。
可惜韩信，这位军事奇才、建有盖世功绩、年轻的杰出将领，在功成之后，竟屈死于吕后之手。临死前他悔恨万分地说：“我真后悔当年没有听蒯通之言，不然也不会落入这小儿女子的圈套！
