亲率军攻薛，泗水守壮战败逃到戚，不久为沛公左司马所杀。刘邦还军亢父。至方与，周市来攻方与，雍齿据丰降魏。刘邦攻丰，不能下。时东阳宁君、秦嘉在留立景驹为王，刘邦欲往投并借兵还攻丰，道遇张良。
章邯别将司马尼北定楚地，屠相，至砀。东阳宁君与沛公率军西迎击，与战萧西，不利，还聚兵于留，再攻砀，三日乃取，得兵五六千人。接着攻下邑，拔之，还军丰。时项梁在薛，刘邦率骑纵骑百余往从，项梁益刘邦卒5000人、五大夫将十人，刘邦反攻丰，拔之。
不久项梁把在外诸将召还在薛，在得知陈王确实已死的迅息后立楚怀王。项梁别号武信君，命项羽、刘邦别攻城阳。项羽、刘邦攻下城阳，然后又在濮阳之东与秦军战，破之。秦军再次聚结，守濮阳、环水，楚军离开去攻定陶，未下，即西略地至雍丘，与秦军战，大破之，沛公将曹参杀丞相李斯之子秦将李由。项羽、沛公还师攻外黄，未下。九月，项羽、刘邦攻陈留时，闻章邯破项梁军而项梁战死，刘、项还师。
吕臣军驻彭城东，项羽军驻彭城西，沛公军驻砀。秦二世二年闰九月，楚怀王徙都彭城，并收项羽、吕臣等诸军自将之。以沛公刘邦为砀郡长封武安侯，将砀郡军。项羽为长安侯，鲁公。吕臣为司徒，其父吕清为令尹。时秦军围赵甚急，赵数向楚请求救兵。楚怀王以宋义为上将军，项羽为次将，范增为末将，北上救赵。
而沛公率军西攻秦。当时秦军强，常乘胜逐北，诸将都认为西入关攻秦没有好处，都不愿去，只有项羽因为叔父之死，愿意随沛公入关攻秦。
入关灭秦
秦二世二年十月（前208年十月），刘邦率军西征，收项梁、陈胜散卒，经砀，至成阳，与杠里秦军夹壁，破魏二军。接着在成武南攻王离军及东郡尉，大破之。随后楚军引兵西，在昌邑遇彭越，与彭越军合攻昌邑，未下。十二月，还至栗，遇刚武侯，夺其军约四千余人。
与魏将皇欣、魏申徒武蒲之军并攻昌邑，未下，绕过至高阳。秦二世三年二月，在高阳，郦食其投奔刘邦，其弟郦商亦将兵跟随。用郦食其策，攻陈陈留，破秦军，得粟。三月，攻开封，未下。引兵西至白马与秦将杨熊战，破之，又追至曲遇东，大破之，杨熊逃至荥阳为秦