垓下之戰，是公元前202年楚漢兩軍在垓下進行的一場決戰。
劉邦背約
公元前203年，陳平與張良力勸劉邦撕毀楚、漢鴻溝和約，“擊其暮歸”。張、陳二人認爲：“漢有天下太半，而諸侯皆附之。楚兵罷食盡，此天亡楚之時也”，建議“不如因其機而遂取之”。此時不待更待何時，正是天亡項羽之際，劉邦正有此意，遂根據張良、陳平的建議，趁楚軍銳氣消磨殆盡的退兵路上之發起追擊。
陽夏之戰
不久，漢五年(公元前202年)十月(漢軍擊敗楚軍取得陽夏(今河南太康)，樊噲俘獲楚周將軍卒四千人。 彭越趁項羽向南撤退到夏陽之機，攻克昌邑旁二十多個城邑，繳獲穀物十多萬斛，用作漢王的軍糧。
劉邦趁項羽退軍之際率領漢軍發起追殲在陽夏大破項羽率領的楚軍，俘虜楚國大將周將軍，漢軍光俘虜就有五千楚軍。漢軍取得陽夏，項羽率領的楚撤退到固陵。
此時,劉邦另派劉賈南渡淮水包圍壽春,劉賈很快到達。劉邦與項羽在固陵對峙時,防止項羽南逃派劉賈在壽春招降周殷斷項羽向南逃後路。楚大司馬周殷叛變楚王，幫助劉賈攻下九江，迎接九江王黥布的軍隊。後來，周殷和黥布率軍
在垓下和劉邦會合，共同攻打項羽。
固陵之戰
劉邦率領漢軍追擊項羽到了固陵，項羽率領的楚軍爲了擺脫漢軍，發動反擊攻打劉邦。劉邦率領的漢軍一度受挫。劉邦在各路漢軍沒到的情況下，爲避免不必要的損失，選擇高壁深壘防守戰，爲接下來的反擊戰做準備。
不久,灌嬰、靳歙率領騎兵軍團從彭城往固陵而來。劉邦親自去固陵東邊頤鄉，與灌嬰率領的漢軍騎兵會合。
項羽得知灌嬰、靳歙等率領漢軍東來後爲防自己被包圍,項羽南退守至陳下,劉邦在灌嬰、靳歙率領精銳騎兵到來後,發動反攻。漢將宣曲侯丁義率領騎兵和汾陽侯靳強率漢軍爲先鋒，攻固陵楚軍，便擊破了楚大將鍾離眜的部隊，揭開了陳下之戰與垓下之戰勝利的序幕。
陳下之戰
項羽向南逃跑到陳縣，劉邦與灌嬰在頤鄉河南省周口市鹿邑縣會合，劉邦率領漢軍主動出擊(有周勃、樊噲、灌嬰、靳歙、夏侯嬰、蠱逢、丁義、靳強、靈常等將領)，在陳下(今河南省周口市淮陽縣)斬殺楚軍十幾個大將。項羽在陳下大敗，陳公利幾投降，漢軍佔領陳縣。陳下之戰後，項羽敗局已定，韓信、彭越、英布等率軍前往垓下，與劉邦會合，一同包圍項羽。
大戰垓下
韓信、彭越、英布等會合劉邦後，漢軍參戰兵力已超過60萬人，十二月(前202年初，當時以十月爲歲首)在垓下將向江東(今江南撤)退的十萬楚軍層層包圍。漢軍以韓信親率三十萬人爲前軍，劉邦調度孔聚爲左翼，陳賀(費將軍)爲預備軍在韓信軍後待命，劉邦坐鎮中軍，周勃、柴武等預備軍在劉邦軍後待命。韓信親率前軍發動攻勢，初戰進攻受挫後退，在楚軍準備追擊時，劉邦即時調度漢軍左右兩翼迂迴夾擊楚軍，兩軍短兵相接陷入膠着，這時韓信率領前軍翻身再戰，楚軍在三面夾擊中被擊敗。由於項羽在圍困中被擊敗，後人將韓信的這一戰術稱爲“十面埋伏”。戰敗後，項羽被迫退回垓下城。
四面楚歌
楚軍在垓下之戰中受到決定性失利，然而仍然有着激烈的抵抗。劉邦乃設計令漢兵學唱江東楚國民謠，是夜，四面皆楚歌，楚軍自項羽以下莫不以爲漢已盡得楚地，乃士氣崩潰。項羽率八百騎乘夜向南突圍，渡過淮水後，身邊只剩百餘騎。
自刎烏江
漢軍至黎明時才發覺項羽脫逃，由漢將灌嬰率五千騎追殺。楚軍一度迷路，在東城(今安徽定遠縣南)被追上。幾度衝突後，項羽身邊僅剩26人，終於突圍到長江北岸的烏江。烏江亭長建議他前往江東，但項羽自覺起兵有八千江東子弟追隨，今日孤身而還，無顏見江東父老，不願過江。不久，漢軍數千騎追至，項羽令二十六騎下馬步戰，斃殺漢軍五百餘人後，乃揮劍自刎而亡。至此，劉邦獲得垓下之戰的勝利。
戰爭後續
項羽自刎烏江後，屍體被呂馬童等五位漢軍將領獲得。五將爭功，將屍體分成五塊，獻給劉邦邀功。劉邦將五將都封爲列侯。
垓下之戰後，劉邦繼續進攻楚地，派兵奪取吳郡，招降會稽等郡。同時，劉邦率領漢軍在潁川擊敗陳公利幾，楚地反抗勢力都逐步瓦解。到此，項羽控制的楚地，除了魯地繼續抵抗劉邦外，其他地區都向劉邦投降。
之後，漢軍滅掉項羽分封的臨江國、殺臨江王共尉，諸侯王中不再有勢力反抗劉邦。
魯地投降後，楚漢戰爭正式結束，劉邦取得了徹底勝利，建立漢朝。之後，劉邦以“魯公”之禮將項羽下葬。
