汉元年八月，汉王领兵从故道即陈仓道出来，袭击雍王章邯。章邯在陈仓迎击汉军，兵败逃跑；在好畤（今陕西乾县）停下来与汉军再战，又被打败，逃往废丘（今陕西兴平）。汉王随即平定了雍地，东进到咸阳，然后率军在废丘包围了雍王章邯，并派遣将领们去攻夺各地。塞王司马欣、翟王董翳都投降了，汉王将他们的地盘设置为渭南、河上、上郡。章邯从此困守孤城废丘，直到汉二年六月，汉军引水灌废丘，废丘降，章邯自杀。九月，命将军薛欧、王吸领兵出武关，会合王陵的军队去迎接太公和吕后。项羽闻讯，出兵到阳夏（今河南太康）阻拦，汉军无法前进。

在汉军顺利实现还定三秦目标的八月，刘邦老乡，也是刘邦年少时的老大王陵带领他的部队归顺汉王。项羽得知王陵归汉，派人将王陵母亲抓到军中。王陵派出使者来到项羽的军营，项羽让王陵母亲面向东而坐，想要借此招降王陵。王陵母亲私下为使者送行，老泪纵横地说：“望您替我对王陵说：好好地事奉汉王，汉王是宽厚大度的人，终将取得天下。不要因为我的缘故而对汉王怀有二心。”说罢便拔剑自杀了。项羽勃然大怒，将王陵母亲遗体煮了。王陵母亲坚决拥护刘邦，相信刘邦可得天下，可见，刘邦在老百姓中的威望之高，项羽也想招揽人才，只是采用的手段实在太差劲。

到汉元年八月，不到四个月的时间，几个对项羽分封不满的诸侯王都造反了，可见，项羽随意分封多么不得人心。不过，看到各路诸侯纷纷造反，项羽也很生气，他的处理方式很简单，就是用他超强的军事实力四处灭火，到处镇压。面对齐、赵、梁和秦四地的造反，究竟哪个最危险，哪个更容易对付，哪个处理起来比较棘手，他没有清晰的认识，而且他实在是太老实，容易轻信人，张良用几封信就轻松搞定，让他暂时放弃攻打汉军，加上齐国最先反楚，项羽于是决定先齐后汉。

张良写信给项羽说：“汉王失职，欲得关中，如约即止，不敢东”，汉王失去应得的封职，想要得到关中，一实现先前的约定就会停止作战，不敢东进了。接着又把齐国田荣、梁地彭越反叛楚国的文书送给项羽，并告诉他：“齐欲与赵并灭楚。”项羽于是放弃西进，率军北上攻打齐国。张良的行动为汉王进取关中赢得了时间。

不过，项羽也并没有放弃对汉军的监视和防御，分别在黄河南北两岸布下防线，预防刘邦军可能的东进。在黄河北岸，分别命令魏王魏豹加强防务，殷王司马卬，整军备战。在黄河南岸，令河南王申阳，密切监视关中的刘邦，随时警惕刘邦军出函谷关的企图，同时恢复韩国，封郑昌为韩王，都阳翟，领颍川郡，在申阳的身后。郑昌在秦朝时任吴县县令，当年项梁带着项羽到吴县就是投奔郑昌。

汉二年（前205年）十月，陈馀出动三县全部兵力，与齐军合力袭击常山。常山王张耳兵败逃奔到汉，在废丘拜见汉王刘邦。作为汉王年少时仰慕的大侠，张耳受到汉王的优待。张耳担任赵国丞相多年，河南王申阳是他手下的部将，刘邦利用张耳和申阳的这层关系，统领汉军出函谷关，抵达陕县（现河南三门峡市）。军事压力和外交劝降双管齐下，迫使申阳归顺，汉王设置了河南郡。

当月，张良从韩地抄小道回到汉王处，汉王封张良为成信侯。张良体弱多病，未曾独自领兵打仗，但他一直都是汉王重要的谋臣，总能在关键时刻为刘邦指点迷津。至此，汉初三杰萧何、张良和韩信齐聚于汉王麾下。

打通河南后，汉王率军向领有颍川郡的韩国进发。张良的回归也为解决韩国提供非常有利的条件。经过张良的策划，汉王任用原韩襄王的孙子韩信为韩国太尉，领兵攻夺韩地。韩信在阳城加紧攻打韩王郑昌，郑昌被迫投降。

十一月，汉王将都城从南郑迁移到栎阳（今西安临潼北）。栎阳曾经作过秦国的首都，司马欣受封塞王的首都也在这里。汉政权下令开放旧秦王朝专属于皇家的园林池苑，允许百姓耕种采伐，扩大生产，增加收入，又下令大赦，赦免罪人，怀柔民心。当月，汉王立韩信为韩王，自此，韩王信常常率韩国军队跟随着汉王。

汉二年二月，汉政权下令撤销秦社稷，建立汉社稷。社是土地神，稷是谷神，在古代农业社会，对于社神和稷神的崇拜，是上自王侯国家，下至庶民乡里的普遍信仰。古代国家有祭祀土地神和谷神的专用建筑，也称社稷，由君主定期主持祭祀，代表国家向上天祈求五谷丰登，因此，社稷往往是国家的象征和代称，将秦社稷改为汉社稷，是宣布新的国家信仰。

汉二年三月，刘邦统领汉军在临晋关（今陕西大荔）集结，兵锋指向黄河西岸的魏国。乘胜东进的刘邦，利用魏豹在领土分割上对项羽的不满，使用军事威胁和外交劝诱双管齐下的方法，迫使魏豹投降。接着，刘邦军渡过黄河，借道河东郡东进，逼近领有河内郡的殷王司马卬。殷王司马卬也是张耳任赵王武臣和赵歇丞相时的部下。汉军攻下河内，俘虏了司马卬，设置河内郡。

汉军从汉元年八月从汉中出发，到汉二年三月，整整八个月，相继还定三秦，令河南王申阳、韩王郑昌、西魏王魏豹投降，并俘虏了殷王司马卬，汉王的地盘也从巴、蜀、汉中三地急剧扩大，新设置了渭南、河上、上郡、河南郡和河内郡等。就在汉军一路攻城略地，搞定项羽分封的七个诸侯王的同时，项羽却深陷齐国战场，无法抽身。

齐国反叛后，天下大乱，除楚国的九江、临江、衡山诸国外，各地局势都不安定。项羽制定了先齐后汉、北攻西守的战略方针。汉元年八月，楚军及其盟国军队集结完毕，在项羽指挥下，首先攻击深入楚国东郡、攻占了济水以南地区的彭越。彭越败退，到城阳，与前来支援的田荣军会合。汉二年正月，项羽军与田荣、彭越军在城阳展开决战，项羽军大胜。彭越逃到根据地巨野泽躲藏起来，田荣退守平原县（今山东平原），平原县军民杀死田荣，并开城投降了楚军。田荣死后，项羽攻占齐国首都临淄，再一次立田假为齐王，统治齐国。田假是战国末年最后一任齐王田建的弟弟，是田荣的死对头。

田荣死后，他的弟弟田横统领齐国军民，在齐国东部地区继续抗击项羽。齐国军民的抵抗，招致项羽的愤怒报复。他率楚军深入齐国东部讨伐，夷平城郭，坑杀战俘，捕捉老弱妇女，所过之处无不残灭。楚军的残暴行为激起了齐国军民更激烈的反抗，反楚的队伍不断壮大，其中田横在城阳就聚集起了数万军队，从汉二年十一月到三月，楚军深陷于遍布齐国各地的抗击泥沼中无法自拔。