在漢四年八月，項羽已經發現自己孤立無援，軍糧極度匱乏了，韓信佔領了齊國，夥同彭越經常進兵攻打項羽的糧道，彭城也被灌嬰拿下。項羽自覺不支，對局勢很恐懼。根據《史記·項羽本紀》記載，這時，劉邦先派陸賈去求和，項羽不聽，又派一個叫侯公人去，項羽才答應了。雙方約定以鴻溝爲界，以西歸劉邦，以東歸項羽。爲啥項羽支持不下去了，卻是劉邦要主動求和呢?按照史書記載，原因很簡單，項羽手上有劉邦需要的人，這就是呂太公和呂雉。在以前的戰爭歲月，劉邦曾兩次去沛縣接家裏人，但只把兒女找到了，老爹和老婆都被項羽抓了。現在劉邦要把兩人換回來。劉邦在自己取得巨大戰略優勢的情況下，願意以鴻溝爲分界線，和項羽平分天下。這也許再一次說明，劉邦其實是一個很看重家人、親情的人。
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從這個約定看，項羽獨霸天下是不可能了。雖然表面上看，是劉邦主動找項羽的，但大家心裏都清楚，實際上，是項羽簽下了城下之盟。項羽和劉邦簽完約，把劉太公和呂雉還給劉邦，他就撤兵了。雖然他撤兵了，但也沒逃過劉邦的追殺。在張良的慫恿下，劉邦率領大軍，尾隨項羽而來。漢六年(公元前202年)十月，項羽沿着鴻溝向滎陽的東南方向撤軍。這時候，彭城已經被劉邦的部隊佔領，他不可能再向東回彭城了，只能向着江東的方向奔命。
當到達陽夏這個地方，項羽的大軍被漢軍追上。在《樊噲列傳》中，記載了“虜楚周將軍卒四千人”，漢軍取得了一個小勝利。楚軍繼續南撤，到達固陵後，楚軍反擊，漢軍則被打得大敗。按照史書記載，劉邦被打敗的原因是，韓信和彭越的援兵沒有到達。當然，更可能的原因是，楚軍急了，搞了一個絕地反擊。
漢軍無法打敗楚軍，沒辦法，只能築起高壘，和楚軍對峙。這時候，張良對劉邦說，“就這麼對峙也不是辦法，你應該趕快給韓信和彭越分封土地，讓他們死心塌地地和你一起打項羽”。當時，彭越名義上還是魏國的國相，韓信雖然是齊王了，但以前我們說了，韓信這個齊王的封地還沒有確定。爲了讓這兩個大佬出兵幫助自己，劉邦封彭越爲樑王，並明確了他們的封地。
韓信和彭越這兩人看到真實的好處送上門了。大概是因爲他們缺乏可以用來造反的基本團隊，所控制的嫡系也不多。此時，項羽敗勢已現，以前還希望用項羽牽制劉邦的可能性不存在了。如果這時候，不跟着劉邦與其看着劉邦滅掉項羽，劉邦打敗項羽，必然不會放過他們，想到此，這兩人接到封王的文書後，馬上帶兵，前來支援劉邦。
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之後，項羽的楚軍繼續向南到達陳縣，也就是今天河南省淮陽縣。在這裏，劉邦彙集各路大軍，進攻項羽。具體地點，史書說是在陳下，也就是陳縣城牆以外。按常理推斷，應該是在陳縣以東，因爲鴻溝是在陳縣的以東，項羽是沿着鴻溝以東南下的。
垓下之戰拉開序幕。可是，至今，我們對這麼著名的戰役，究竟發生在哪裏，卻衆說紛紜。
《高祖本紀》、《項羽本紀》、《淮陰侯列傳》、《黥布列傳》、《彭越列傳》均是是在垓下會攻項羽。可是，根據《靳歙列傳》的記載是，“還擊項籍陳下，破之”。《樊噲列傳》記載，“圍籍於陳，大破之。屠胡陵”。《滕公列傳》記載，“復常奉車從擊項籍，追至陳，卒定楚”。《灌嬰列傳》記載，“從擊項籍軍於陳下”。對這些一線的戰將記載，從未提到過垓下這個地方。
按照傳統的看法是，垓下在安徽省靈璧縣境內。既然如此，那麼有一種說法就是，當各路人馬會攻項羽的時候，打了兩次大戰，第一次是陳下之戰，最後的決定性戰役是垓下之戰。這麼說，表面上是可以講的通的，但如果細分析，卻好像也說不過去。
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第一原因是，劉邦等統帥級人物不可能和一線作戰將領分別打兩次戰役。既然說打了兩次大戰，爲什麼在在劉邦、項羽、韓信、黥布、彭越的列傳中都未提到“陳下”，難道說，在陳下和項羽作戰的僅僅是樊噲、靳歙、夏侯嬰等將領麼?劉邦、韓信等統帥們都沒來麼?顯然，說在陳下之戰中，沒有統帥，只有將領，是完全講不通的。更何況，《史記》記載中級將領的作戰，很多都是從戰功簿上摘抄的，可信度可能更高一些。
