楚汉战争打了很长时间，汉王刘邦的军队接连吃了好几次败仗，节节败退，在荥阳（今河南荥阳）驻扎下来，牢牢地守住阵地，任凭项羽怎么叫骂挑战都死守不出，急得项羽无可奈何，就这样相持了几个月后，双方的粮草都消耗得差不多了，感到很难维持下去。
这时候，汉王刘邦的父亲、妻子吕雉和一儿一女四个人都被项羽捉住，关在军中，随时有生命危险。刘邦又没有能力救回父亲和老婆孩子，便想和项羽和平谈判，请项羽放回自己的亲人，双方停战，提出的条件非常低。项羽这时候也处在进退两难的境地中，他的军粮也快用完了，一时又打败不了刘邦，刘邦的大将韩信却在自己的后方纵横扫荡，自己抽不出身去对付韩信，原来分封的许多王侯又纷纷造反，项羽想早点去平定后方，也想和刘邦谈判停战。这样，双方很快便达成了协议，以荥阳东南20里外的古运河鸿沟为界线，沟东边的土地属楚霸王，沟西边的土地属汉王刘邦（这就是后来“楚河汉界”的出处），项羽还同意归还刘邦的父亲和妻子儿女。
双方谈判停战后，项羽急急忙忙地领兵退走，去平定自己后方的战火，刘邦也想拔营退兵，张良和陈平阻拦道：“大王为什么要退兵？”刘邦说：“我和项羽已经谈妥停战了，项羽已经走了，我留这里干什么？”
张良和陈平一起说：“我们和项羽和谈，是想救回您的父亲和老婆孩子，现在您的亲人都回来了，目的已经达到，正好再和项羽决战。而现在项羽大军疲惫不堪，又没有了粮草，乘他撤退时，我们从后面追杀，必定会打败项羽。再说，分封的许多诸侯都已经归顺了您，您已经占有了大半个国家，只要消灭了项羽，就能当上皇帝，这个大好机会怎么能白白放过呢？”
刘邦听了张良和陈平的建议，立即改变主意，一面向各路诸侯发出通知，约他们共同攻打项羽，一面整顿军马，追击项羽的军队。
为了彻底打败项羽，刘邦又接受张良和陈平的建议，将大将军韩信封为齐王，又给彭越加封，命令他们立即发兵追击项羽。这样，韩信一路，彭越一路，刘邦率领淮南王英布为一路，三路大军，紧跟在项羽军队的屁股后面追杀，项羽的军队虽然英勇善战，但因为缺乏粮草，不能停留，便边打边退，想到了老家彭城后，取得粮草，整顿好兵马，再和刘邦决战。
项羽的军队好不容易退到垓下，离彭城还很远，却被韩信用十面埋伏的计策困住了。项羽把军队驻扎好以后，自己爬到一个小山头上。四面一望，只见汉军四面八方围住了自己，人多得像蚂蚁一样，项羽这时才后悔当初在鸿门宴上没有杀死刘邦。
天黑以后，汉兵的包围圈缩得更小了，张良又想了一个计策，叫汉军全部高唱楚国的地方民歌，项羽的士兵都是楚国人，听到了家乡的民歌，一个个牵动了思念故乡、想念亲人的感情，纷纷落泪，失去了斗志，许多人乘着黑夜开小差逃跑，有的跑到汉军营中投降。
项羽在军营中正要休息，忽然听到漫山遍野的楚歌，大惊失色道：“哪来这么多的楚国人？
难道汉王已经把楚国全部占领了吗？！”这时，士兵来报告说：“许多将士都连夜打开营门，投降汉王去了！”项羽觉得大势已去，丧气地坐在帐中，喝起了闷酒。
项羽有一个漂亮的妻子叫虞姬，虞姬见项羽这么难过，也陪着他落泪，一面还不断地给项羽倒酒。项羽看看虞姬，想想自己目前的处境，情不自禁地边喝酒边唱起来：“力拔山兮气盖世，时不利兮骓不逝，骓不逝兮可奈何，虞兮虞兮奈若何？”（大意是：我力大能拔起山来，我英雄气魄盖世无双，可是时运不好，乌骓马也不能快跑了，我该怎么办？虞姬啊，你又怎么办呢？）唱完歌，项羽伤心地落起泪来，虞姬更加伤心，突然从项羽腰间拔出宝剑，一剑割断了自己的喉管，项羽想救护，已经来不及了，眼看着虞姬倒在自己怀中死去。项羽大哭一场，埋掉了虞姬。
第二天一早，项羽率兵突围，跑到淮河边上时，只剩下一二百人跟着自己，汉军紧紧地追赶着项羽。项羽继续逃跑，逃到乌江（今安徽和县境内）时，乌江亭长驾着一只小船来接项羽，请项羽赶快过江去，项羽笑着说：“当年，我从江东起兵，率八千子弟兵过江，现在只剩下我一个人回去，我还有什么脸面去见江东的父老乡亲！”便将乌骓马交给亭长，让亭长把马渡过江去，自己下马提剑冲进汉军中，左砍右杀，负了很多处伤，最后自刎而死。
韩信九里山十面埋伏困项羽
