韓信自稱齊王后，劉邦命先前屬於韓信指揮的灌嬰別將一軍南下，佔領楚都彭城和今天蘇北、皖北、豫東等廣大地區，並與劉邦在陳縣會合。在張良獻計給劉邦大封齊王韓信土地後，齊王韓信也親率大軍從齊地南下，與劉邦會合於垓下。（按《史記》記載，攻佔彭城等地的是漢將灌嬰，但是也有學者認爲灌嬰兵力較少難以完成這一系列任務，認爲攻佔彭城及蘇北、皖北等地的應該是韓信，他們推測是漢初韓信獲“謀反罪”後，漢朝史書將韓信的功勞抹殺，移到灌嬰頭上。）
樑王彭越率軍數萬從樑地出發，先南下後西進，於劉邦本部軍共同逼楚軍後退；
漢將劉賈率軍數萬會同九江王英布，自淮北出發，從西南方發動對楚地的進攻，先克壽春，再攻下城父並將此城軍民全部屠盡；
而鎮守南線的楚將大司馬周殷卻在此時叛楚，先屠滅六縣，再與英布、劉賈會師，隨後北上合擊項羽；同時，得到關中兵丁補充的劉邦則率本部軍二十多萬出固陵東進；
漢軍五路大軍、合計近七十萬之衆，形成從西、北、西南、東北四面合圍楚軍之勢，項羽被迫率十萬楚軍向垓下後撤。
漢五年十二月，劉邦、韓信、劉賈、彭越、英布等五路大軍於垓下（今安徽靈璧南，一說今河南淮陽、鹿邑間)基本完成了對10萬楚軍的合圍。劉邦立刻任命韓信爲聯軍統帥，指揮大軍作戰。韓信命劉賈、英布軍自南將楚軍外圍出路全部封閉，命彭越軍自北封閉通路，韓信親率自軍主力三十萬與劉邦本部軍二十萬合成一股，向困守垓下的十萬楚軍發起進攻，展開決戰！
實力對比分析
當時的情況，楚軍處於絕對劣勢：
一、西楚國位於長江以北的全部土地均已失陷，十萬楚軍成爲絕對的孤軍；二、楚軍缺糧已經幾個月，士兵飢餓，軍隊根本沒有半點補給；
三、漢軍聯兵約五十萬以上，且精力飽滿、糧食充足、士氣旺盛，而項羽孤軍十萬，連續久戰疲憊，決戰之時已是十二月的大冬天，而楚軍剛從廣武前線上撤下來，未經補給，多爲穿着夏秋季的裝備，寒冷飢餓，士氣潰散；
四、漢軍分五路有秩序推進，先佔楚土，再行合圍，步步爲營，包圍圈完善，楚軍難以發動突然性的反攻；
五，楚軍離江東五郡距離遙遠，即使衝破包圍圈，也很難在漢軍的追擊下及時回到己方領土，可以說是“突圍無效”。
最後進攻
就是在這樣一種情況之下，韓信三十萬主力與劉邦本部軍合兵一股，向盤距於垓下困守的十萬楚軍發起了最後的圍攻！
韓信將主力大軍排出了這樣一個陣形：韓信親率三十萬大軍居中，爲前鋒主力；將軍孔熙率軍數萬在韓信軍左方；陳賀率軍數萬在韓信軍右方；劉邦率本部主力尾隨韓信軍跟進，將軍周勃率軍斷後。
而項羽方面，對於楚軍而言，如今的情況即不能守、也不能退。
後勤斷絕、無糧而守，無異於坐以待斃，等死！
