开始时，刘邦也不太顺利，但经过几次战役，刘邦步步西进，大破秦兵。
公元前206年十月，刘邦率大军到达了咸阳东边不远处的灞上（今陕西省西安市东），秦王嬴子婴见大势已去，只得献城投降，将玉玺亲手交给了刘邦，秦王朝至此灭亡，共立国二十五载。
秦末农民战争中还有一支强大的力量，这就是原来楚国贵族的后代项籍和叔父项梁，他们在吴中（现在江苏的吴市）起兵，兵力很快达到了近万人。在项梁死后，项羽决定和刘邦一起西进关中。
汉王元年（公元前206年）十月，刘邦灭秦后在关中称王。十二月，项籍挥军破函谷关，想消灭刘邦军。刘邦自知不敌，亲赴鸿门（今陕西临潼东北）谢罪。不久，项籍入咸阳，烧阿房宫、杀秦王嬴子婴。春，项籍表面上尊楚怀王为义帝，实际却将其发配到了江南，自立为西楚霸王，定都彭城（今江苏省徐州市），同时分封18诸侯，封刘邦为汉王，领巴蜀及汉中地，并故意封秦降将邯、司马欣、董翳（意）为雍王、塞王、翟王，领关中地，以扼制刘邦。刘邦只好忍气吞声接受封号，于四月领兵入汉中、并烧毁栈道（用木板架在悬崖上铺成的道路），表示再也无意出兵，以麻痹项籍。项羽亦率军东归。五、六月，齐国贵族后裔田荣不满分封，赶走齐王，杀胶东王，自立为齐王。刘邦乘乱重返关中，击败邯，迫降司马欣、董翳，并用计欺骗项籍，使其相信自己取得关中后已心满意足，再也不会东进了。项籍放心去攻打田荣，对西边没有加强防范。十月，刘邦挥军东出，拜韩信为大将，明修栈道，暗渡陈仓（今陕西省宝鸡市东），名为义帝发丧，派人联络诸侯，公开声讨项籍，拉开了楚汉战争的序幕。
四月，刘邦乘项籍在齐国停留的机会，率领诸侯联军56万一举攻占彭城。项羽闻之，急率精兵3万奔袭，歼联军30余万，刘邦仅率数十骑逃脱，反楚联盟瓦解。
五月，刘邦到达荥阳，击败了楚追兵，得以端息，稳住了阵脚，遂重整军队，依托关中基地和有利地势与项羽长期抗争。六月，刘邦派兵攻废丘，迫邯自杀，解除了后顾之忧；派人说服英布反楚，联络彭越扰楚后方；派韩信开辟北方战场，攻魏俘魏王豹，破代，灭赵杀陈余。三年冬，项羽发动反攻，围困荥阳，形势十分危急。刘邦用陈平反间计，使项羽怀疑范增，不用其谋，迫使范增怒而归乡。刘邦又派纪信装扮成自己去楚军诈降，乘机逃出荥阳。项籍加紧围攻荥阳，并夺取成皋。
为了减轻楚军对荥阳的压力，刘邦率军经武关、宛（今河南南阳）、叶（今叶县南），想引诱项籍南下。为配合汉军行动，此时韩信也率军到达黄河北岸，声援荥阳。彭越正在进攻下邳（今江苏邳县南）。项籍被迫率军回救，刘邦乘机收复成皋。六月，项籍以凌厉攻势拔荥阳，再夺成皋。
霸王别姬刘邦一面命汉军在巩县一带坚守，阻击楚军前进，一面命韩信组建新军击齐，派人入楚腹地协助彭越进攻雎阳（今河南商丘南）、外黄等地，再次迫使项羽回救。四年十月，刘邦用计再次收复成皋。
项籍在击败彭越后，寻汉军主力决战不成，屯兵广武（今荥阳北）与刘邦形成对峙。不久，韩信在潍水之战中歼灭齐楚联军，完成对楚侧翼的战略迂回，又派灌婴率军一部直奔彭城。项籍腹背受敌，兵疲粮尽，遂与汉订盟，以鸿沟为界，中分天下，东归楚，西归汉。九月，项籍引兵东归。
楚、汉订盟后，刘邦本想退兵，在张良、陈平提醒下，下令全力追击楚军。五年十月，两军战于固陵（今淮阳西北），项羽小胜。刘邦以封赏笼络韩信、彭越、黥布等，垓下一战重创楚军，逼项籍自刎于乌江（今安徽省和县境），终于结束了为期四年的楚汉战争。
在公元前202年的正月，刘邦兑现了先前的诺言，封韩信为楚王，彭越为越王。受封的韩信和彭越联合原来的燕王臧荼、赵王张敖以及长沙王吴芮共同上书刘邦，请他即位称帝。刘邦开始假意推辞，韩信他们说：“大王虽然出身贫寒，但能率领众人扫灭暴秦，诛杀不义，安定天下，功劳超过诸王，您称帝是众望所归。”刘邦顺水推舟地说：“既然你们大家都这样看，觉得有利于天下吏民，那就按你们说的办吧。”
公元前202年二月初三，刘邦在山东定陶汜水之阳举行登极大典，定国号为汉。
公元前208年三月初三，东周王室向刘邦缴械，定北地称王，刘邦顺势迁都东胜神洲，从此两洲一统，人族安定。
时刘邦死后，又经“文景之治”，汉朝国力日渐强盛，景帝死后，刘邦曾孙刘彻即位，是为汉武帝。武帝在位期间（前141年-前87年），采取了一系列改革措施，锐意进取，使Κ得汉朝的政治、经济、军事变得更为强大。在政治上，武帝加强皇权，采纳主父偃的建议，施行推恩令，削弱了诸侯王的势力，从此，诸侯王的势力不再能够对中央构成威胁；后又以诸侯献上的黄金成色