項王去援救彭城，追趕漢王到滎陽，這時田橫也得以恢復了齊地，立田榮的兒子田廣為齊王。漢王在彭城失敗的時候，諸侯又都歸附楚而背叛了漢。漢王駐紮在滎陽，築起兩邊有牆的甬道，和黃河南岸相連接，用以取得敖倉的糧食。漢三年（前204），項王多次侵奪漢王的甬道，漢王糧食匱乏，心裡恐慌，請求講和，條件是把滎陽以西的地盤劃歸漢王。
項王打算接受這個條件。歷陽侯范增說：「漢軍容易對付了，如果現在把它放走而不征服它，以後一定會後悔的！」項王和范增立即包圍了滎陽。漢王很擔心，就用陳平的計策離間項王。項王的使者來了，漢王讓人準備了特別豐盛的酒筵，端過來剛要進獻，一見使者又裝作驚愕的樣子說道：「我們以為是亞父的使者，沒想到卻是項王的使者。」把酒筵重又撤回，拿來粗劣的飯食給項王使者吃。使者回去向項王報告，項王竟真的懷疑范增和漢王有私情，漸漸地把他的權力剝奪了。范增非常氣憤，說：「天下事大局已定，君王您自己看著辦吧。希望您把這把老骨頭賜還給我，讓我回鄉為民吧。」項王答應了他的請求。范增啟程走了，還沒走到彭城，由於背上毒瘡發作而身亡。
漢將紀信給漢王出主意說：「形勢危急，請讓我假扮成大王去替您誆騙楚兵，您可以趁機逃走。」於是漢王趁夜從滎陽東門放出二千名身披鎧甲的女子，楚兵立即從四面圍打上去。紀信乘坐著天子所乘的黃屋車，車轅橫木左方插著有毛羽裝飾的旗幟，說：城中糧食已經吃光了，漢王投降。」楚軍一起歡呼萬歲。漢王這時也帶著幾十名騎兵從城的西門逃出，逃到成皋。項王見到紀信，問道：「漢王在哪兒？」紀信說：「漢王已經出城。」項王把紀信燒死了。
漢王派御史大夫周苛、樅（c□ng，聰）公、魏豹等把守滎陽。周苛、樅公商議道：「魏豹是已經叛變過的國家的君王，難以和他一塊守城。」就一起殺了魏豹。楚軍攻下滎陽城，活捉了周苛。項王對周苛說：「給我做將軍吧，我任命你為上將軍，封你為三萬戶侯。」周苛罵道：「你若不快快投降漢王，漢王就要俘虜你了，你不是漢王的對手。」項王發怒，煮死周苛，把樅公也一塊兒殺了。

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漢王逃出滎陽後，向南跑到宛縣、葉（舊讀she，涉）縣遇到九江王黥布，一邊行進，一邊收集士兵，重又進入成皋，守在那裡。漢四年（前203），項王進兵包圍城皋。漢王逃走，一個人帶著滕公出了成皋北門，渡過黃河，逃向修武，去投奔張耳、韓信的部隊。諸將也陸續逃出成皋，追隨漢王。楚軍因此拿下成皋，想要西進。漢王派兵在鞏縣抵抗，阻斷了楚軍西進的去路。

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這時候，彭越渡過黃河，在東阿攻打楚軍，殺了楚國將軍薛公。項王於是親自率兵東進攻打彭越。漢王得到淮陰侯的部隊，想要渡黃河南進。鄭忠勸阻漢王，漢王才停止南進，在黃河北岸修築營壘駐紮下來。漢王派劉賈率兵去增援彭越，燒燬了楚軍的糧草輜重。項王繼續東進，打敗了劉賈，趕跑了彭越。漢王這時就率領部隊渡過黃河，又拿下了成皋，在西廣武紮營，就近取食敖倉的糧食。項王東擊彭越，打敗了劉賈，已經平定了東方，現在又回過頭來西進，在東廣武與漢軍隔著廣武澗紮下營來，兩軍各自堅守，持續了好幾個月。
就在這個時候，彭越幾次往返梁地，斷絕了楚軍的糧食，項王為此深感憂慮。他做了一張高腿案板，把漢王父親太公擱置在上面，向漢王宣告說：「現在你如果不趕快投降，我就把太公煮死。」漢王說：「我和項羽作為臣子一塊接受了懷王的命令，曾說『相約結為兄弟』，這樣說來，我的老子也就是你的老子，如果你一定要煮了你的老子，就希望你能分給我一杯肉湯。」項王大怒，要殺太公。項伯說：「天下事還不知道怎麼樣，再說要奪天下的人是不顧及家的，即使殺了他也不會有什麼好處，只會增加禍患罷了。」項王聽從了項伯的話。
楚、漢長久相持，勝負未決。年輕人厭倦了長期的軍旅生活，老弱也因水陸運輸而十分疲憊。項王對漢王說：「天下紛紛亂亂好幾年，只是因為我們兩人的緣故。我希望跟漢王挑戰，決一雌雄。再不要讓百姓老老小小白白地受苦啦。」漢王笑著回絕說：「我寧願鬥智，不能鬥力。」項王讓勇士出營挑戰，漢軍有善於騎射的樓煩，楚兵挑戰好幾次，樓煩每次都把他們射死。項王大怒，就親自披甲持戟出營挑戰。樓煩搭箭正要射，項王瞪大眼睛向他大吼一聲，樓煩嚇得眼睛不敢正視，兩隻手不敢放箭，轉身逃回營壘，不敢再出來。漢王派人私下打聽，才知道原來是項王。漢王大為吃驚。這 時項王就向漢王那邊靠近，分別站在廣武澗東西兩邊互相對話。漢王一樁一樁地列舉了項王的罪狀，項王很生氣，要和漢王決一戰。漢王不聽，項王埋伏下的弓箭手射中了漢王。漢王受了傷，跑進成皋。
項王聽說淮陰侯韓信已經攻克了河北，打敗了齊、趙兩國，而且正準備向楚軍進攻，就派龍且前去迎擊。淮陰侯與龍且交戰，漢騎將灌嬰也趕來了，把楚軍打得大敗，殺了龍且。韓信趁此機會自立為王。項王聽到龍且軍敗的消息，心裡害怕了，派盱台人武涉前去遊說淮陰侯，勸他聯楚背漢，與楚漢三分天下。淮陰侯不聽。這時候，彭越又返回梁地，斷絕了楚軍的糧食。項王對海春侯大司馬曹咎等說：「你們要謹慎地守住成皋，如果漢軍挑戰，千萬不要和他們交戰，只要別讓他們東進就行。十五天之內，我一定殺死彭越，平定梁地，回來再跟將軍們會合。」於是帶兵向東進發，一路上攻打陳留、外黃。
外黃起先不歸順。過了幾天終於投降了，項王很生氣，命令男子十五歲以上的全部到城東去，要把他們活埋了。外黃縣令門客的兒子十三歲，前去勸說項王，說道：「彭越憑強力威脅外黃，外黃人害怕，所以才姑且投降，為的是等待大王。如今大王來了，又要全部活埋他們，百姓哪兒還會有歸附之心呢？從這往東，梁地十幾個城邑的百姓都會很害怕，就沒有人肯歸附您了。」項王認為他的話對，就赦免了準備活埋的那些人。項王東進睢陽縣，睢陽人聽到這情況都爭著歸附項王。
漢軍果然多次向楚軍挑戰，楚軍都沒出來。漢軍就派人去辱罵他們，一連五六天，大司馬曹咎忍不住氣憤，派兵渡汜水。士卒剛渡過一半，漢軍出擊，大敗楚軍，繳獲楚軍的全部物資。大司馬曹咎、長史董翳、塞王司馬欣等都在汜水邊上自刎了。大司馬曹咎，就是原來的蘄縣獄椽，長史司馬欣就是以前的櫟陽獄吏，兩個人都曾經對項梁有恩德，所以項王信任他們。這時候，項王在睢陽，聽說海春侯的軍隊被打敗了，就帶兵往回趕。漢軍當時正把楚將鍾離昧（mei，妹）包圍在滎陽東邊，項王趕到，漢軍害怕楚軍，全部逃入附近的山地。
這時侯，漢軍士卒氣盛，糧草充足，項王士卒疲憊，糧食告絕。漢王派陸賈去勸說項王，要求放回太公，項王不答應。漢王又派侯公去勸說項王，項王才跟漢王定約，平分天下，鴻溝以西的地方劃歸漢，鴻溝以東的地方劃歸楚。項王同意了這個條件之後，立即放回了漢王的家屬。漢軍官兵都呼喊萬歲。漢王於是封侯公為平國君，讓他隱匿起來，不肯再跟他見面。說：「這個人是天下的善辯之士，他呆在哪國，就會使哪國傾覆，所以給他個稱號叫平國君。」項王訂約後，就帶上隊伍罷兵東歸了。

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