汉三年冬十月，韩信和张耳率军东进，攻克井陉后进攻赵国，斩杀陈余，俘虏赵王歇，设置为常山和代郡。这月甲戌日傍晚发生日食。十一月癸卯日傍晚，又发生了日食。随何劝降了英布，英布起兵进攻楚军。项羽派项声和龙且进攻英布，英布作战失利。
十二月，英布和随何从小路跑回汉营，刘邦分出部分兵力协助英布，和他一起到成皋收集兵力。
项羽多次夺取汉军的运粮甬道，汉军粮食缺乏。刘邦就和郦食其商量，怎样才能削弱楚军势力，郦食其建议封六国贵族的后人作为汉军羽翼。刘邦命人刻制出六国王印，想派郦食其前往各地进行分封。
刘邦征求张良的意见，张良认为分封六国有八大难题。刘邦抬手扔掉筷子，吐出一嘴的食物，张口骂郦食其说：“这个无知的混蛋差点坏了老子的大事！”
刘邦马上传令销毁刚刚刻制好的六国王印，接着又向陈平问计，采纳了陈平的计策，拨付给陈平黄金四万斤，让他去离间项羽和范增的君臣关系。
夏四月，项羽包围荥阳，刘邦请求议和，割让荥阳以西归汉国所有。范增建议项羽急攻荥阳，刘邦如坐针毡。陈平开始施行反间计，项羽果然怀疑起范增。范增大怒离去，在路上发病而死。
五月，汉将纪信对刘邦说：“现在情况已经很危急了。大家都说我和大王长得很像，就让我去诳哄项羽，大王可以趁机突出重围。”陈平在当夜从荥阳东门放出身穿铠甲的两千名女兵，楚军马上四面进击。纪信乘坐着黄马车，左边插有指挥旗帜，对楚军说：“城中粮食已尽，汉王我出城投降。”楚军都高呼万岁，全都聚集到城东观看，刘邦这才得以带领数十名骑兵从荥阳城西门逃出。
项羽认出是纪信后就问：“汉王在哪里？”纪信回答：“早已经跑得没影了。”项羽下令，当场烧死纪信。周苛和枞公在一起商量说：“魏豹是反国之王，他很难和我们一起守城。”随后杀掉了魏豹。
刘邦跑出荥阳后来到成皋，从成皋返回关中，收集军兵想要再次向东进攻。袁生劝说刘邦：“汉军和楚军在荥阳相持数年，汉军一直很被动，这是因为战略方向选择上有问题。这次大王您如果兵出武关，项羽肯定会率军南进，大王深沟高垒不战，这样能使荥阳和成皋那儿的汉军得到休整。然后再派韩信等人攻占河北赵国的土地，连接起燕齐之地，那时大王再次进入荥阳，时机不会晚。这样一来，楚国肯定会几路分兵，疲于奔命，我们汉军却能得到充足休养。等时机成熟后再和楚军决战，肯定能够击败项羽。”
刘邦采纳了袁生之计，率军出宛、叶之间，和英布等人集结兵力。
项羽听说刘邦在宛城后，果然领兵南进，刘邦坚壁不和楚军交战。这月，彭越率军渡过睢水，和项声、薛公大战于下邳，彭越大败楚军，杀掉了薛公。项羽派终公守卫成皋，率军进攻彭越。刘邦率军进北进攻，击败终公，再次占领了成皋。
六月，项羽已经击败了彭越，听说汉军再次占领成皋，马上回军西进，攻克荥阳，生擒了周苛。
项羽对周苛说：“你如果答应成为我的将军，我会任命你为上将军，封三万户。”周苛大骂道：“我劝你们这些人赶紧投降汉王！如果不这样做，最后都会成为汉王的俘虏！”
项羽大怒，命人烹煮了周苛，杀掉枞公，俘虏了韩王信，随后包围成皋。
汉邦赶紧逃出成皋，只和夏侯婴驾车逃出成皋玉门，向北渡过黄河，夜宿在修武。在第二天早晨，他假称是刘邦的使者，和夏侯婴飞奔进入张耳和韩信的军营帐中，夺取了他们的兵符，派张耳向北进军赵地征召士卒。
秋七月，慧星在大角上空出现。刘邦抢夺到了韩信的军兵后，士气再次大振。
八月，刘邦到达黄河以面，驻扎修武，想要再次和楚军作战。郎中郑忠劝阻刘邦，建议深沟高垒不战。刘邦采纳其计，派卢绾和刘贾率领两万军兵，配备骑兵数百，渡过白马津后进入楚地，协助彭越烧毁楚军积蓄，又在燕郭以西击败楚军，连续攻克睢阳、外黄等十七座城池。
九月，项羽对海春侯、大司马曹咎说：“你要谨守成皋。即使汉王进行挑战，也不要和他交锋，你的任务就是阻止汉军东进。我会在十五天内平定梁地，然后再和大司马会师。”项羽率军向东进攻彭越。
刘邦派郦食其前往劝说齐王田广投降，齐国罢兵和汉军讲和。
汉四年冬十月，韩信采纳蒯通的计谋，袭击攻破齐国。齐王烹煮掉郦食其，向东退往高密。项羽听说韩信击败齐军后，担心他会继续进攻楚国，派龙且前往救援齐国。
汉军果然在成皋多次挑战，楚军坚守不出。刘邦派人连续辱骂多天，曹咎大怒，率军渡过汜水进击。楚军正在半渡之时，汉军发起攻击，大败楚军，缴获了楚军全部金玉物资。曹咎和司马欣都在汜水岸边自杀身亡。
刘邦率军渡过黄河，再次攻占成皋，驻扎在广武，不断从敖仓运送军食。
项羽攻占梁地十多座城池后，听说曹咎被击败，马上率军返回。汉军正在荥阳以东包围住了楚将钟离昧，听说项羽赶到，全部退回到营垒中。项羽也驻扎到广武，和汉军隔河相对。丁壮年男子都被强征进入军旅，老弱病残则负责运送粮饷，百姓苦不堪言。
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