秦朝末年，朝廷無道，民不聊生。天下各路義軍紛紛揭竿而起，反抗秦廷。其中以故楚名將項燕之後項梁、項羽叔侄勢力最大。項梁以自己新立之楚懷王的名義，召集各路義軍，聯合伐秦。誰知剛一出師，項梁便在與秦將章邯作戰時戰死了。項羽隨即接替了叔父的帥位，將義軍分為兩路攻秦。項羽的東路軍在關東聚殲秦軍主力；指揮西路軍的“沛公”劉邦則乘隙攻入鹹陽。依據楚懷王“先入定關中者王之”的約定，劉邦欲稱王關中，便派兵駐守函谷關，以防諸侯入關。同時，他宣布廢除秦朝苛政，與關中父老“約法三章”。項羽於巨鹿殲滅秦軍主力，收服章邯，取得諸侯上將軍的地位，並率諸侯聯軍四十萬、秦軍降卒二十萬直奔關中。中途，項羽恐秦降卒嘩變，在新安將他們全部坑殺。之後，項羽命英布攻破函谷關，進駐鴻門，意圖消滅劉邦集團。劉邦自知不敵，於是竭力拉攏項羽的叔父項伯為其調解，並親赴鴻門請罪。項羽被劉邦的誠意所打動，放棄了消滅劉邦的念頭。
之後，項羽憑借其在軍事上的壓倒優勢，裂土分封十八位諸侯王，並自立為西楚霸王，定都彭城。封劉邦為漢中王，定都南鄭。又將關中分為三部，封秦降將章邯、司馬欣、董翳分別為王，企圖通過他們控制關中，將劉邦困鎖在邊險地區。劉邦采納張良、蕭何的建議，確定了收用巴蜀，還定三秦，東向以爭天下的方略。於是忍忿前往漢中就國。途中燒毀所過棧道，防止諸侯軍偷襲，並借此表示自己無東向之意，以麻痹項羽。項羽亦於同時班師回彭城。
不久後，未被項羽封王的田榮於齊地起兵反楚，自立為齊王，項羽發兵擊齊。劉邦乘項羽無暇西顧和三秦王立足未穩之機，拜韓信為大將，統兵數萬，明修棧道，暗渡陳倉，迅速還定三秦，襲占關中大部地區。項羽在兩面受敵的情勢下，采取先齊後漢方針，繼續攻齊，主力被牽制在齊地。劉邦再度抓住戰機，一面鞏固關中，一面擴張勢力，親自率軍出函谷關東進，並聯絡各地諸侯王，率聯軍五十六萬，一舉襲占楚都彭城。項羽大怒，留部將繼續擊齊，自率三萬騎兵疾馳南下，乘劉邦陶醉於勝利，毫無戒備之際，以少勝多，大敗漢軍，收復彭城。劉邦僅率數十騎突出重圍，逃回滎陽。此役，漢軍被殲數十萬，元氣大傷。此後，項羽調集大軍，與劉邦在滎陽、成臯一線開始了長達兩年零五個月的相持戰。
此間，楚軍北有韓信占據齊地威脅彭城，腹地有彭越遊動作戰，又須分兵南據九江，以致兵力分散，腹背受敵，糧草匱乏，欲戰不能。劉邦則據滎陽、成臯之戰堅守不戰。於是項羽與劉邦訂立和約“中分天下”，劃鴻溝為界，東歸楚、西屬漢。之後，項羽遵約東撤，劉邦則背約向楚軍發起突然追擊，並約集韓信、彭越南下合圍楚軍於垓下。楚軍缺兵少糧，屢戰不勝。夜聞楚歌四起，軍心瓦解。項羽率八百騎突圍南逃，劉邦派兵追擊。項羽逃至烏江，想起當年率八千子弟兵過江時的豪情，自覺無顏去江東父老，遂自刎。楚漢戰爭最終以劉邦的勝利宣告結束，大漢王朝也就此建立。