就在项梁率兵渡江西进的途中，由于项氏家族隆兴的名望，使许多义军来投，项梁先是接收合并了陈婴领导的东阳义军二万余人，渡过淮河后，又有英（黯）布、蒲将军率兵前来汇合，队伍很快就发展到六七万人。
当项梁得知陈胜败死的确实消息后，便召集诸将在薛（今山东滕县东南）商讨对策。七十岁的居郸人范增深谋远虑，劝项梁吸取陈胜自立为王、不立楚后而遭惨败的教训，应“立楚之后”，以便号召群众。项梁采纳了他的建议，在民间找到一个正在为人牧羊的名叫心的楚怀王之孙，于秦二世二年六月，尊心为楚怀王（义帝），封陈婴为上柱国，自为武信君，然后调兵遣将，向秦军展开反攻。就在这个时候，刘邦加人了项梁的阵营。
丧钟为秦而鸣
项梁率领主力军接连在东阿（今山东阳谷东北）、濮阳（今河南淮阳西南）大败章邯所率秦军，旋又攻克秦的东方重镇定陶（今山东定陶北）。项羽、刘邦率领的另一路军队，也攻克城阳（今山东菏泽东北）、兵围雍丘（今河南祀县），斩杀了秦的三川郡郡守李由（李斯之子）。
当项梁占据定陶这个大都市以后，却变得志得意满，渐有骄色。章邯趁项梁麻痹轻敌之机，夜间偷袭定陶，项梁战死。各路义军一时失去了统一的指挥，形势十分危急。此时章邯错误地估计了形势，认为南方的义军主力已被消灭，“楚地兵不足忧”，于是挥师北上，匆忙向河北扑去，这才使项羽、刘邦等森得了喘息之机。
当时，项羽、刘邦正率兵进攻陈留（今河南陈留东北），听到项梁兵败被杀的消息，立即改变作战计划，趁章邯挥师北上之机，回师东向，将各路义军调集彭城（今江苏徐州）。吕臣驻城东，项羽居城西，刘邦屯于离彭城不远的杨郡，又把楚怀王迎至彭城，从此，彭城便成为起义军的指挥中心。
章邯北上之时，秦将王离已率北方大军包围了巨鹿（今河北平乡西南），章邯的到来，使秦军战斗力大为增强，赵国的形势十分严峻。当时的形势是：如果赵国的主力在巨鹿被歼，则秦军无后顾之忧，可以长驱而下齐、楚；如果义军北上救赵，可以把秦军主力牵制在河北，而以轻军直捣关中。所以，当赵国遣使者到彭城求援时，楚怀王遂决定以宋义为上将军，项羽为次将，范增为末将，率主力军北上救赵。与此同时派刘邦率另一支义军向西挺进，收陈胜、项梁散卒，直取关中，并与诸将约定：“先入定关中者王之。”
宋义领兵行至安阳（今山东曹县东南）后就驻扎下来，不再前进，一直拖延了四十六天。项羽心急如火，可又毫无办法，一天，项羽向宋义建议：趁秦军围赵于巨鹿，应主动出击，楚军从外面进攻，赵军在城内呼应，就一定能击败秦军。
宋义听后却不以为然，他傲慢地反驳道：“打牛虽然能打死表面上的虹，却打不着毛里的虱子。章邯的军队是露出外表的蛇，我们的心腹之患是秦本国的军队。现在秦军全力攻赵，假使战胜了赵军，士兵也必然疲惫不堪，到那时我们就可以乘机轻易击溃它；如果秦不能胜赵，我们也可以向西进入秦的本土，这样必定能灭秦，所以还是先让秦和赵交战为好。若论拼死沙场，我不是你的对手；但运筹帷握，你却比不上我。”
听了宋义的一番自我吹嘘，项羽一时语塞，气得两眼圆瞪。恨不得一拳把他的脑袋砸个稀烂。当时正值天寒大雨，士卒都在野外忍饥挨冻，可宋义却天天在军营里饮酒歌舞，高谈阔论，压根不把义军将士的疾苦和赵军的生死存亡放在心上。
面对此情，项羽激奋地对手下将领说：“上将军不与赵军戮力而攻秦，还借口等待秦军疲惫，坐观胜败，以收渔人之利、以强大的秦军攻赵，其势必是赵败，若赵败，则秦军越强，哪有什么疲惫可等呢？国家安危在此一举，他却饮酒享乐，不能体恤士卒，这哪里称得上是社视之臣呢？”听罢此话，其他将领也非常义愤，纷纷表示听从项羽的命令，请项羽当机立断，早点拿定主意。
经过一夜的密谋，次日清晨，忍无可忍的项羽借故请求和宋义面商事宜，并在军帐中将其杀死，然后提着宋义的人头向全军发布军令说：“宋义通齐背楚，我奉楚王的密令杀了他。”
诸将听说这一重大变故，无入敢于反抗，纷纷表示慑服，并说：“首立楚王的是将军一家，现在诛杀乱臣也全靠将军，我们对将军惟命是从。”
于是众将商议拥立项羽为代理上将军。项羽当上主帅后，一面布置做好渡河救赵的准备，一面派桓楚把事情的经过报告怀王。怀王得报，自知对项羽无可奈何，索性顺水推舟，任命项羽为上将军，并把英布和蒲将军所部二万余人一并划归项羽指挥。
项羽先是派英布和蒲将军领兵二万渡漳水救巨鹿，作试探性进攻，但没有取胜。随后，项羽亲自率领全军北渡漳水，并下令凿沉渡船，打碎釜、甄，烧毁营帐，每人只携带三天粮食，以表示有进无退，誓与秦军决一死战的决心。
项羽率军一路急驰，很快进至巨鹿城下，把秦将王离的军队包围。王离碎不及防，慌忙整军迎战，可还投等他摆开阵势，项氏楚军就已掩杀过来。项羽身先士卒，锐不可挡，哪里有秦军集结就冲向哪里，楚军将士个个勇猛杀敌，无不以一当十，以十p百，一时杀得天昏地暗，血流成河，尸体如山。
当时，被调来救巨鹿之围的六国各路军队为数甚多，但他们都不敢同秦军接战，踞于营垒后面观战，当看到战场上人仰马翻，血肉横飞，喊杀之声震天动地时，一个个吓得心惊胆战，两腿发软。
在楚军的拼命攻击下，秦军迅速土崩瓦解，王离被俘，章邯被迫引军后退。
战斗结束后，战场上变得死一般沉静，只是偶尔传出几声伤兵的怪叫，显得格外疹人。当各路诸侯军前来拜见项羽时，一个个诚惶诚恐，人军门都不敢步行，纷纷跪在地上，屈膝而人，不敢抬头仰视项羽。巨鹿之役，是义军自起兵以来走向胜利的一个重大转折点，项羽本人也真正成为诸侯的上将军，各路将军无不心甘情愿地归属他的指挥。
巨鹿之战后，项羽又引军连败章邯，逼得章邯不敢出战。而在此时。赵高已当上秦朝廷的承相，为独揽朝权，赵高指鹿为马，诬杀李斯、冯去疾、冯劫等朝臣，并以秦二世的名义指责章邯，令他十日内消灭项氏楚军。章邯损兵折将十几万人，哪有力量挽回败局，在内外交困之下，被迫于秦二世三年（公元前207年）七月，率余众向项羽投降。
巨鹿一战歼灭了秦王朝的主力，从此，咸阳的小朝廷已成为瓮中之鳖，秦的灭亡只是个时间间题了。
项羽接收章邯的军队后，当即率领各路诸侯军向关中挺进。公元前2肠年十月，刘邦用张良计，降服宛城（今河南南阳），经武关人关，进军霸上（今陕西西安市东）。此时，秦王朝早已四分五裂。赵高导演“指鹿为马”的丑剧后，眼见秦王朝已经摇摇欲坠，他既想苟延残喘，又想火中取栗。他一面派人暗中与刘邦联系，要同起义军讲和，求关中之地自立为王；一面则对玩腻了的傀儡皇帝胡亥采取断然措施。
首先，他把弟弟赵成和女婿阎乐找来，进行策划，赵成身居郎中令要职，可以自由出人宫廷，充当内应。阎乐是咸阳县令，手下有一部分兵力，由他率领士兵假扮成山东农民军攻打望夷宫。赵高亲自指挥全局。
为了这个阴谋的顺利实施，赵成便在望夷宫内散布谣言，谎称山东强盗已攻人咸阳，搅得人心惶惑不安。同时，命令阎乐召集士兵保卫望夷宫。阎乐遂乘望夷宫守备不严时，率兵闯人宫中，他们逢人就砍，到处放箭。一时宫中血肉横飞，哭嚎一片，被蒙在鼓里的胡亥看到这个阵势，早已吓得目瞪口呆，瘫软在龙椅上，一个劲地喊着让卫士反击，但没有一个人敢出战，纷纷溜之大吉，只有一个小宦官木鸡似的呆立在他的身后，悄声说道：“这是赵高在谋反。”
胡亥焦急地说：“你怎么不早告诉我赵高要谋反，以致有今天？”
小宦宫鼓起勇气回答道：“正因为我平时不敢说话，才能活到今天，要是我从前多说了话，早就被害死了，还能活到今天吗？”
这时阎乐已冲到胡亥面前，气势汹汹地对他说：“你是一个无道暴君，残杀了天下难以数计的无辜百姓，耗费了无数民脂民膏，现在天下的老百姓都起来反对你，你自己拿个主意吧！”
胡亥这时仍对赵高心存一线希望，胆战心惊地问：“我可以见一见垂相（赵高）吗？”
“不行！”阎乐断然拒绝。
“那么，我不当皇帝了，给我一个郡为王行吗？”胡亥哀求着。
阎乐理也不理。
胡亥哭泣着说：“给我一个万户侯当也行。”
阎乐吼道：“你还痴心妄想些什么！”
胡亥绝望道：“只要保全我的性命，我情愿带着妻子去当老百姓，这总该可以了吧！”
阎乐不耐烦地冲他嚷道：“我是奉承相之命来处死你的，你说得再多也无济于事，快自裁吧！”
此时，胡亥才意识到末日真的来临了，在阎乐的威逼下，他拔出宝剑，引颈自1，结束了那企图传之万代的皇帝梦。
阎乐向赵高汇报了胡亥已死的消息，赵高一听，欣喜若狂，匆忙赶到现场，摘下玉玺佩在身上，大步走上殿去，准备宣布登基。但是“左右百官莫从”，以无声的反抗来回应他的皇帝梦。赵高顿时不知所措，只觉得天旋地转。最后，他只得无可奈何地取消了称帝的打算，拥立于婴（一说是胡亥之侄，一说是始皇之弟）为帝。
子婴登基后，心里十分明白赵高的险恶用心，于是便和自己的两个儿子及贴身宦官一起设计杀掉了赵高。这时刘邦率领的大军已经从武关攻人关中，步步逼近咸阳。
当刘邦大军进抵猫上后，秦王子婴带着象征皇帝权力的印缓到刘邦驻地投降。秦统一天下十五年，至此灭亡。
反秦斗争取得胜利后，如何进行权力重新分配的问题也就随之提到了议事日程。项羽虽然握有天下兵权，可在名分上还是楚怀王手下的将领，因此，项羽首先派人驰告怀王，关中已被平定，请示下一步指示。怀王回答说：“按事先约定的去办。”怀王的意图很明确，就是让刘邦在关中做秦王，项羽回军彭城，一切恢复战国时代七雄并立的局面。
当时的局势是：楚、齐、燕、赵、魏、韩均已复国，刘邦如果立为秦王，则项羽就无王可封。楚怀王仅仅是被项氏叔侄拥立的一个傀儡，对其他诸侯没有任何号召力。如果按怀王的指示做，那么天下又会战斗不休。在这种条件下，项羽为了在全国树立起一个权威，借以节制其他诸侯，决定自己做楚王，而尊奉楚怀王为“义帝”。
接下来就是论功行封了，在分封诸王的问题上，最令项羽头痛的当然是如何安排刘邦。按义帝的约定，刘邦应封王关中，可项羽深知刘邦是一个极有野心的家伙，因此不能把关中这块要害之地分给他，但又不能公然无视义帝的约定，否则有可能引起诸王的不满，甚至还可能酿成诸王的反叛。在这种左右为难的情况下，他采纳了范增的计谋，把关中作为广义的称呼来解释。当时狭义的关中指函谷关以西今陕西关中盆地一带，而广义的关中也可包括巴、蜀、汉中地区，这样一来，就可以活用义帝关于“先破秦者称王关中”的约定了。于是，项羽封刘邦为汉王，以偏僻的巴、蜀、汉中地区作为封地，建都南郑（今陕西南郑）。为了防止刘邦向东扩张势力，项羽又把东函谷、西散关、南武关、北荣关的关中地区一分为三，分封给秦朝的三个降将，章邯为雍王，建都废丘〔在今陕西兴平南）；司马欣为塞王，建都栋阳（今陕西临请东北）；董姗为翟王，建都高奴（在今陕西延安），号称“三秦”。
然后，又把关东六国的疆域重新划定，除了楚地之外，其他诸侯国往往被析为数国，用来分封跟随他人关破秦的将领和原有的诸侯王，又封了十四个诸侯王，加上汉王和三秦王，项羽一共分封了十八个诸侯王。项羽自己号称西楚霸王，领有梁、楚九郡之地，建都彭城（今江苏徐州）
公元前206年四月，项羽罢兵东归，各个受封的诸侯王也都领兵回到自己的封地。
项羽在反秦斗争中，虽然对秦国怀有强烈的复仇心理，但他也看到了战争给整个社会带来的深重灾难，多次表示自己要尽力去避免新的战争。他本以为在承认反秦斗争中兴起�