劉邦首戰項羽失利後，又逐漸聚集士卒，重整軍馬。劉邦派使者去九江王黥布那裡遊說，希望黥布能發兵反楚，這樣項羽一定會暫停留在那裡攻擊黥布。只要牽制項羽幾個月，劉邦的勢力就可以恢復，贏得天下。使者的遊說果然奏效，黥布起兵反楚。項羽就派龍且前去攻打他。但是九江王黥布作戰失利，歸附了劉邦。劉邦又漸漸收集士兵，跟各路將領頻頻出動，聲威大振於滎陽，終於在京、索之間擊敗了楚軍。隨後劉邦派韓信擊敗了魏王豹，平定了魏地。
兵敗滎陽
劉邦在滎陽跟項羽互相對峙，持續了一年多。項羽包圍了劉邦，此時漢軍糧食缺乏。劉邦見勝利無望，就請求講和，條件是把滎陽以西的地方劃歸劉邦。項羽的亞父范增勸項羽務必攻下滎陽，項王因此沒有答應劉邦的請求。劉邦十分擔憂，謀士陳平就向劉邦建議說：「項羽不贊成講和，肯定是聽從了范增的讒言，如果離間他們二人的關係，事情就好辦了。」劉邦於是就用陳平的計策，給了陳平黃金四萬斤，用以離間項羽和范增君臣之間的關係。項羽果然對范增產生了懷疑。范增遭到項羽猜疑後，非常憤怒，就托辭年老，希望項羽准許他乞身告退回鄉為民，項羽答應了，范增就返回家鄉了。結果在途中病亡。
劉邦下令趁夜色把兩千多名身披鎧甲的女子放出東門，楚軍從四面追趕圍打。這時將軍紀信乘著劉邦的車駕，假扮成劉邦的樣子誑騙楚軍。楚軍一起高呼萬歲，都到城東去觀看，劉邦借此機會才得以帶著幾十名隨從騎兵從西門逃出。
劉邦逃出滎陽後進入關中，收集士兵準備再次東進。謀士袁生勸說劉邦道：「您如果出兵武關，項羽一定率軍南下，那時大王加高壁壘，拒不出戰，這樣就可以讓滎陽、成皋一帶得以休息。您再派韓信等去安撫河北趙地，把燕國、齊國連接起來，那時大王再兵進滎陽也不晚。這樣楚軍就要多方防備，力量分散，而漢軍得到了休整，再跟楚軍作戰，就必勝無疑了。」劉邦聽從了他的計策，出兵武關。項羽聽說劉邦在宛縣，果然率軍南下。劉邦加固壁壘，不跟他交戰。這時候，彭越又趁機大敗楚軍。於是項羽就率軍東進去攻打彭越。劉邦藉機率軍北進，駐紮在成皋。但項羽仍然勢不可當，先後將彭越和劉邦打得一敗塗地。
重整旗鼓
劉邦兵敗後，只和滕公共乘一車從成皋北門倉皇逃去。他自稱是使者，衝入張耳、韓信的軍營，奪取了他們的軍權。他又派張耳往北到趙地去收集兵卒，派韓信東進攻打齊國。劉邦取得了韓信的軍隊後，重新振作起來，率軍南進黃河，想要跟項羽再戰。郎中鄭忠勸他說：「現在楚兵兵強馬壯，士氣正盛，而我軍與敵人相比勢單力薄，現在作戰勝算不大，不如加深壕溝，增高壁壘堅守，不要跟楚軍作戰。」劉邦聽從了他的計謀，暫時進行休整。等休整完畢以後，派人率兵進入楚地，跟彭越的軍隊一起打敗了楚軍，接著又攻下了梁地的十多座城池。
韓信受命東進伐齊，還沒有渡過平原津，劉邦就暗中派酈食其前去遊說齊王田廣，田廣於是叛楚，與漢和好，答應共同進攻項羽。韓信知道這件事之後，就想停止攻齊，但蒯通勸他還是要攻下齊國，於是韓信聽從蒯通的主意，襲擊了齊軍。齊王氣得暴跳如雷，用大鼎把酈食其煮了，然後向東逃到高密。項羽聽說韓信將要進攻楚國，就派兵攻打韓信，反而被韓信打敗。這時，彭越駐兵梁地，往來襲擊騷擾楚軍，斷絕了楚軍的糧食供給。
項羽為解除後顧之憂，決定先除掉梁地的彭越。他臨行前囑咐部下曹咎說：「你們謹慎守住成皋。如果漢軍挑戰，千萬不要應戰，只要別讓他們東進就可以了。我在十五天之內一定能平定梁地，回來再跟你們會合。」項羽帶兵走後，漢軍果然多次向楚軍挑戰，但楚軍堅壁不出。劉邦派人天天辱罵他們。曹咎氣憤之極，忍無可忍，終於將項羽的囑咐拋至腦後，領兵橫渡汜水（位於今河南滎陽地區）與漢軍決戰。士兵剛剛渡過一半，漢軍奮力出擊，楚軍猝不及防，紛紛掉進河裡而大敗。楚軍將領曹咎、司馬欣都在汜水上自刎了。項羽到達睢陽，聽說曹咎被打敗，就率軍趕回來，但漢軍隨即全部跑到深山險阻地帶去了。