秦二世二年(公元前208年)秋九月，秦将章邯于定陶(今山东定陶县)击败楚军，项梁兵败丧命。此时，刘邦、项羽仍在攻打陈留(今河南开封东南)，而陈胜旧部吕臣驻守“张楚”旧都陈县(今河南淮阳)，均位于定陶西南边，倘若秦军乘势南下，盱台危矣。
刘邦，项羽为稳定军心，保卫怀王，抵御秦军，急移师东归，并请怀王北上迁都彭城(今江苏徐州)，吕臣也觉形势严峻，弃守陈县，投奔怀王，驻军彭城东，与驻彭城西项羽，驻砀郡(今安徽阳砀山)刘邦彼此形成犄角，互为声援。而秦将章邯“已破项梁，以为楚地兵不足忧，乃渡河北击赵”。楚正面军事压力暂时消退，怀王开始着手整顿楚国政局，并亲理楚国军政事务，积极策划伐秦灭秦总的战略布置。八月攻入武关(今陕西省商洛市丹凤县)。九月，赵高杀秦二世，立子婴为秦王。子婴杀高，遣兵距峣关(今陕西省西安市蓝田县城南)。刘邦欲击之，张良以为秦兵尚强，未可轻，建议以利收买秦守将。
秦守将降，刘邦欲许之，张良复建议此乃将降，恐其士卒不从，不如因其懈怠而击之。刘邦遂引兵绕峣关，过蒉山，于蓝田(今陕西省西安市蓝田县)南击秦军，大破之;又与秦军战于蓝田北，秦军复败。
刘邦遂进军霸上(今西安东白鹿原北首)，秦王子婴降，秦亡。闰九月，“怀王并吕臣，项羽军自将之”，即将项羽、吕臣二支军队合并一处由自己直接统帅，怀王开始掌统南方各路反秦义军。
怀王破格提拔宋义为卿子冠军，确立自己亲信掌握兵权，率项羽、范增、英布等将北上救赵。同时发表了着名政治宣言，与诸将约定“先破秦入咸阳者王之”。并同意刘邦收集项梁、陈胜余部西行攻秦。但项羽不愿北上救赵，更愿与刘邦西行入关。
怀王认为“项羽为人慓悍，独沛公素宽大长者，可遣”，没有答应项羽要求，而只遣沛公西行攻秦。汉王元年(公元前206年)初(冬十月)，沛公刘邦“入破咸阳，平秦”。二个月后(冬十二月)，项羽于巨鹿大破秦军主力后拥兵四十万继刘邦入关，“诛秦王子婴，屠杀咸阳”。
拒绝迁都
秦亡，项羽因晚于刘邦入关，故使人还报怀王要求改变先前“先入定关中者王之”的约定