公元前203年，楚汉鸿沟划界后，项羽领兵东归，刘邦也欲西还。这时张良、陈平对刘邦说:"汉有天下大半，诸侯皆附之。楚兵疲食尽，这正是天亡楚国之时。今若勿击，真所谓'养虎遗患'。"刘邦听从，于是他与齐王韩信、建成侯彭越约定时间会合攻打楚军。
到了固陵，韩信、彭越不来会合。楚军出击汉军，大败汉军。刘邦问张良，韩信、彭越怎么不来？张良说，得付人家工钱，人家才来帮你的。刘邦无可奈何，只能答应事成之后，将大片的土地封给韩信、彭越。果然，韩信、彭越两人都带兵前来会合。
汉五年（公元前202年），刘邦和诸侯军一起攻打楚军，与项羽在垓下决一胜负。韩信率兵三十万独当正面，孔将军布兵在左面，费将军布兵在右面，刘邦居后，绛侯、柴将军跟随在皇帝后面。项羽的士卒大约十万。韩信首先会战，没有取胜，向后退却。孔将军、费将军纵兵出击，楚军不利，淮阴侯又乘势反攻，大败项羽于垓下。
项羽的士兵听到汉军中的楚国歌声，以为汉军全部占领了楚地，项羽就败退逃跑，因此整个楚兵全军溃败。刘邦恨透了项羽，他下令悬赏项羽的人头：谁能得到项羽的人头，就奖赏一千斤黄金、一万户封邑。
项羽最后被逼到乌江边上，乌江亭长把船靠在岸边等待着项羽。他对项王说：“江东虽小，地方也纵横上千里，民众数十万，也足以称王。希望大王赶快渡江。现在只有我有船只，汉军来到这，没有船只渡江。”项羽笑着说：“上天要灭亡我，我渡江干什么呢！况且我和江东子弟八千人渡江西进，现在没有一个人回来，即使江东父兄怜悯我，让我称王，我有什么脸面去见他们？即使他们不说什么，我项籍难道不干心有愧吗？
最终项羽冲进汉军阵地，一个人就杀死汉军几百人。当然项羽身上也受了十多处伤，他此时精疲力竭，无力再战。夕阳的余晖洒在项羽那沧桑的面孔上，死神降临！一代霸主项羽自刎而死。
汉军的王翳割了项王的头，其他骑兵自相蹂躏践踏，争夺项羽的尸体，互相残杀了几十人。最后，郎中骑杨喜，骑司马吕马童，郎中吕胜、杨武各自得到了项羽的一段肢体。五个人把肢体合拢起来，都确实是项羽的。所以刘邦把准备封赏的土地分为五部分：封吕马童为中水侯，封王翳为杜衍侯，封杨喜为赤泉侯，封杨武为吴防侯，封吕胜为涅阳侯。
项羽死后，楚国各地都投降了汉军，只有鲁城不肯投降。刘邦就带领天下士卒打算屠毁鲁城，因为他们坚守礼义，为主人以死守节，就拿项羽的头给鲁城人看，鲁城父兄才投降了。最初，楚怀王曾封项羽为鲁公，等到项羽死了，鲁城又最后投降，所以用鲁公的礼仪把项王理葬在谷城。
项羽的惨死，最开心的当属刘邦了。楚汉战争期间，项羽把刘邦打得抱头鼠窜，狼狈不堪，他们两人可谓是血海深仇。可刘邦却为项羽举办了隆重的丧礼，还在项羽的墓前大哭了一场，这实在是令人匪夷所思，难道刘邦真的为项羽的死感到悲伤？
其实刘邦是表面伤心，心里早就笑开了花。后来，刘邦在当了皇帝之后，对已经归降了他的楚军士兵说道：“今后无论是口头上说，还是笔头上写，只要谈到项羽，不许称项羽，只能称项籍。羽是字，籍是名。称一个的字，是尊敬；称一个人的名，是蔑视。
这件事可见刘邦对项羽的仇恨，他始终对项羽耿耿于怀，所以刘邦哭祭项羽，纯属猫哭耗子假慈悲。
