萧何与刘邦起兵后，作为刘邦的主要助手，协助他处理军队的大小事务，尽心竭力，苦苦支撑。不久，他随刘邦西征入咸阳，从此开始了反秦、抗楚的斗争。
秦二世二年（前208年），项梁在薛城（今山东滕县东南）召开会议，对起义军进行整顿。刘邦把家乡的事情安排好，也参加了薛城会议。项梁说：“陈王已死，国不可一日无主，我请大家来商议一下，共推一个楚王。”有人说：“请将军做主吧。”还有人直接就说：“请将军自己做楚王吧。”项梁心知不能自己称王，正在为难，卫士报告说居巢人范增求见。项梁早就听说范增是个有名的谋士，一向家居不仕，喜好琢磨奇计，于是赶紧亲自出来迎接。
范增说：“我今年70多岁了，本不想出来，可是听说将军家世代是我们楚国的大将，将军更是虚怀若谷接待天下人士，我才冒昧前来说几句话。”项梁非常尊重范增，恭恭敬敬地向他请教。范增好像知道项梁他们正在商议立王的事，他对项梁说：“陈胜起兵不立怀王的后代，却自己做了楚王，所以才不能长久。现在将军起兵江东，楚国的豪杰蜂拥而来，追随将军，就是因为项家是楚国的大将，能带领大家恢复楚国江山。将军如果立楚王的后人为王，就能名正言顺地替六国报仇，天下诸侯必然响应，秦军就没有办法打败将军了。”
项梁茅塞顿开，欣然应诺，马上派人出去找楚怀王的后代，准备立为新楚王。项梁非常诚恳地留下范增，请他做了谋士，从此范增赤胆忠心地辅佐项梁和项羽。
秦国灭了楚国后，怀王的子孙死的死，逃的逃，哪里还敢出头露面呢？还是钟离昧有见识，他认为城里是找不到的，必须去乡下打听。事情很凑巧，还真的找到了一个，就是楚怀王的孙子，名字叫“心”，大家都叫他熊心。熊心是在几年前被奶妈带着偷偷逃难出来的，今年已经13岁了，做了好几年羊倌，吃了很多苦。钟离昧非常高兴，马上给他换了衣服，送到薛城。项梁他们马上就立他为楚王，大家都亲切地叫他“楚怀王”。熊心与其祖父谥号相同，以期承袭其威望。楚怀王拜陈婴为上柱国，封项梁为武信君，封英布为当阳君，又封赏了项羽、范增、蒲将军、季布、钟离昧、桓楚、于英等，之后就带着陈婴到都城盱眙（今江苏盱眙）去了。
项梁立熊心为楚怀王，树立了一面反秦义军的旗帜，并为南方各路反秦楚军的“共主”。熊心在楚王的位置上，有效地团结了楚国各路反秦力量，并具有相当大的号召力和凝聚力，是反秦势力壮大的重要原因，故宋代文学家苏轼评说：“项氏之兴也，以立楚怀王孙心。”
这时章邯率军在镇压陈胜所领导的部分起义军后，移军东进，在临济（今河南省封丘县东）破杀魏王咎、齐王田儋，进围田荣于东阿（今山东省阳谷县东北东阿镇）。
秦二世二年（前208年）七月，项梁率主力北进，与齐田荣军一起，在东阿给予章邯军以迎头痛击，迫使章邯退守濮阳（在今河南省濮阳县西南）。项羽、刘邦率领的另一支起义军向西攻占了城阳（今河南省范县城东南），接着又率军进攻雍丘（今河南杞县），大破秦军，杀秦朝三川郡守李由，给秦军以沉重的打击。此时，项梁被胜利冲昏了头脑，滋长了严重的骄傲情绪。
九月，章邯指挥秦军，夜袭项梁军，在定陶（今山东定陶县西北）大破项梁军，项梁战死。这时的项羽和刘邦正在陈留（治所住今河南开封市东南陈留城）与秦军作战，听到项梁牺牲的消息后，立即率军从陈留前线撤回，与诸路起义军集结于彭城。这年闰九月，吕臣的军队驻扎在彭城以东，项羽的军队驻扎在彭城以西，楚怀王又以刘邦为砀郡长，封武安侯，驻军砀郡。各支起义军互相呼应，等待时机，继续战斗。
章邯击破项梁后，认为楚地的起义军主力已被消灭，南方已不足虑，于是率秦军北渡黄河，向张耳、陈余率领的赵军进攻。章邯击破赵王歇后便长驱直入邯郸（今河北邯郸市西南），迁其民于河内（今河南武陟县西南）。赵王歇、张耳被迫退至巨鹿城（今河北平乡县），很快又被秦军王离部队所包围。赵王歇兵单粮少，危在旦夕，于是便派使者南下向楚怀王求援。
起义军首领在彭城召开了紧急军事会议，在这次会议上决定兵分二路：一路以宋义为上将军，项羽为次将，范增为末将，率主力北上救赵，这路军队以宋义为统帅，号为“卿子冠军”；另一路由刘邦率一支偏师向西挺进，直攻关中。会上还决定两路大军谁先进入关中，就立谁为关中王。
秦二世三年（前207年）二月，项羽在河北巨鹿大破秦军，打败章邯，活捉王离，完成救援赵国之任务。刘邦部自栗西向出击高阳、陈留，再北上攻打开封、白马，既达到了策应河北楚军后方的目的，也保护了彭城，白马是刘邦部西进前到达的最北端。直到北伐救赵的项羽部与秦军的战斗已取得了优势，刘邦率领的这支疲惫之师才开始了专心致志的西征。时间是秦二世三年（前207年）三月，距受怀王之命约半年时间。
刘邦部离开白马后，即开始攻击开封以西的曲遇，再南下至长社、宛陵（即今河南鄢陵），转向西北攻击洛阳左近的颍阳、平阴等地。这期间历时一个月，并收复了旧时韩国的十余个城市。此后退军至阳城，取道南阳、武关，此路线虽有孤注一掷的冒险意味，却能最大限度地争取时间。因为刘邦心中时时放不下怀王之约——先入关中者为关中王。
刘邦西征途中，第一次大的战役是攻打昌邑（今山东境内）。秦军昌邑统帅自知战不过刘邦，便紧闭城门，凭借城深墙高进行固守，用弓箭、石块来对付刘邦军队的刀枪。正当刘邦无计可施、一筹莫展之时，昌邑人彭越带人前来助战，二人合兵一处，再次攻打昌邑，仍然未果。于是撤兵到栗县，正好遇到刚武侯，就把他的军队约4000人夺过来，并入自己的队伍。又与魏将皇欣、魏申徒武蒲的军队合力攻打昌邑，仍然未果。彭越见昌邑久攻不下，就建议刘邦改道高阳，刘邦欣然采纳，便和彭越约定日后相会，自己带领人马直奔高阳。
高阳有个贫寒落魄的老儒郦食其，负责看管城门，他说：“各路豪杰经过此地的甚多，只有沛公才是个有德行的忠厚长者。”于是前去求见，游说刘邦。刘邦当时正叉开双腿坐在床上，让两个女子给他洗脚。郦食其并不叩拜，只是俯身长揖，说：“如果您一定要诛灭没有德政的暴秦，就不应该坐着接见长者。”刘邦被责问得不知所措，于是起身整理衣服，把他请到上座，谢罪说：“过去听人说过先生的容貌，今天见面才知先生的来意，不知如何破秦？”
郦食其说：“你的军队才1万人，还是纠结的乌合之众。用这么薄弱的兵力去进攻强大的秦军，无异于羊入虎口。为今之计不如先攻占陈留，陈留是交通要道，进可攻，退可守，城内又有大量粮食，这样就有了进攻秦军的根据地。我和陈留县令是故交，我可以帮你去游说，假如不成功我就留下做内应，相机助你破城。”
刘邦大喜，忙请郦食其先行，自己带大军连夜赶往陈留。郦食其到达陈留，游说未果，就用酒灌醉县令，趁机打开城门，放刘邦大军进城，陈留就这么被占领了。刘邦进城得到了许多兵器和粮食，投降的士兵也有1万多。攻占陈留可以说是刘邦命运的一次转折，攻占陈留之前，刘邦部众不满万人，待取得陈留之积粟后，他即可招兵买马、扩充实力，这对于西进灭秦是至关重要的。
因破陈留之功，刘邦封郦食其为“广野君”，又任命其弟郦商为将军，统率陈留的军队和自己一起攻打开封。秦将杨熊得知，带兵前来解开封之围，刘邦军队腹背受敌，面临被合围的危险，刘邦果断地放弃开封，转而截击杨熊。双方在旷野上杀得难解难分，势均力敌，幸亏张良带着一队人马赶来，才打败了杨熊。接着，刘邦又向南攻打颍阳，屠戮了颍阳城，通过张良的关系，占领了故韩国的辕险道。同时，刘邦又派郦商率偏师收复汉中，使自己进攻敌军侧翼获得保证，也为日后夺取天下奠定了基础。
刘邦越过武关，一路冲杀，同年十二月，率军直逼峣关（今陕西兰阳东南）。峣关是古代南阳与关中的交通要隘，易守难攻，是通往秦都咸阳的咽喉要塞，也是拱卫咸阳的最后一道关隘，秦朝派重兵在此把守，只要破了峣关，大军就可长驱直入，直抵咸阳。
刘邦要亲自率领手下2万兵马强行攻取峣关。张良劝谏道：“目前秦守关的兵力还很强大，我们不能轻举妄动。”刘邦唯恐项羽大军先入关中，因而心急如焚，忙向张良问计。
此次大谋略家张良再次显示了过人的才华，他向刘邦献了一个智取的妙计，说：“我听说峣关守将是屠夫之子，这种市侩小人，只要用金银财宝就可以打动他。您可以派先遣部队，预备5万人的粮饷，在四周山上，多竖旗帜，越多越好，给敌人造成大军压境的错觉。然后派郦食其多带珍宝财物去劝诱秦将，这样秦将内贪重贿，外怕强兵，必然不战而降。”刘邦大喜：“不战而屈人之兵，上之上者也！子房之计甚妙！”当即派郦食其携带大量金银珠宝只身进入峣关，招降秦兵。
峣关守将不知道有多少大军压境，心里非常害怕，此时又看到黄澄澄的财宝果然心动，于是同意献关投降，并表示愿意和刘邦联合进攻咸阳。刘邦大喜，马上同意峣关秦兵投降。“沛公不可！”张良出面制止，他冷静地分析道，“这只不过是峣关守将想叛秦，他的部下士卒不一定都能心服。如果士卒不从，半路上难保不发生变故，到时后果将不堪设想。不如现在乘秦兵不备，突然发动进攻，一举消灭他们。”
刘邦恍然大悟，拍着张良的肩膀说：“有子房在，吾无忧矣！”刘邦当即叫来周勃。周勃是刘邦的同乡子弟兵，深得刘邦赏识，西征途中每有大战，刘邦都令其充当先锋。刘邦叫他带领人马，走小路绕到峣关后面，突然发起攻击。
此时，秦军以为投降即已平安无事，根本没有防备，突然受到攻击非常慌张，赶紧弃关撤退到蓝田（今陕西蓝田县西）。刘邦军队连获大捷，士气高昂，乘胜追击，绕过峣关，穿越蒉山，在蓝田彻底打败了这股秦军。在进军关中时，刘邦即号令军队所到之处不得掳掠，所以关中百姓非常高兴，秦军迅速瓦解，刘邦部所到之处，势如破竹。
就这样，作为偏师的刘邦军为援赵主力扫清侧后，在战斗中迅速发展，取得了西征战役的一系列胜利，为最终先于项羽进入咸阳打下了坚实的基础。
公元前206年1月，刘邦大军抵达霸上（今西安市东25里）。霸上自古就是咸阳、长安附近的军事要地，占领了霸上，咸阳就成为囊中之物。
此刻，秦军主力被歼于河北，秦之心腹被掏于关内，秦朝政权已成为一个熟透了的果实，就等刘邦摘取了。风雨飘摇的大秦帝国，在一片肃杀之中还能支撑多久？刘邦捻须虎视这个曾经不可一世的王朝，嘴角浮现出一缕不易察觉的冷笑：“秦失其鹿，天下共逐之”，今日且看鹿死谁手。
此时，公子婴刚刚即位，秦朝的土地已经变得十分狭小，于是改帝为王，重立新元，不再实行秦始皇既定的封号：二世、三世直至万世地叫下去。孤立无助的子婴也不幻想实现秦朝昔日的辉煌，仅仅希望能维持一隅，苟且偷生，继续过着平安优裕的日子。不久，前方逃回大量兵卒，战报雪片似地飞来，这让公子婴和群臣彻底清醒了。当刘邦越过峣关，直逼咸阳的时候，公子婴知道自己离退位的日子不远了，但是他还不甘心，试图做最后的挣扎。
朝堂之上，公子婴问计群臣，群臣竟无一人发言，空荡荡的大殿上一片死寂。很快，刘邦就送来了招降书，公子婴平静地接过，看过之后缓缓抬头：“昭告天下，秦国向楚军投降。”子婴命人拆去御驾上的华丽装饰，自己一身缟素，乘上白马拉的素车，脖子上套着绳子以示自己该服罪自杀，密封了皇帝的玉玺符节，手捧封好的皇帝玉玺和符节，伏在轵道亭旁向刘邦投降。秦朝就此灭亡，此时，距公子婴即位仅仅46天。历史上把这一天作为秦朝纪元结束的标志，从这一天开始使用汉纪元。
进城后，刘邦一行径直走进了秦宫巍峨的前殿，坐在御座上的刘邦俨然以关中王自居，当年“大丈夫当如此也”的感慨，今天似乎变成了现实。刘邦手下的将领们好奇地东摸西看，遇到喜欢的能拿走的东西就随手揣起，刘邦也不制止。
有人建议先杀子婴，以绝后患。樊哙首先说：“暴秦荒淫无道，残害百姓，不杀子婴难解我心头之恨。”其他几位将领也随声附和。“且慢！”萧何见状，忙摆手制止，然后对刘邦抱拳说：“子婴不可杀，我军刚入关中，立足未稳，秦地人民本来就很害怕，不了解我们的意图。假如杀了子婴，势必加重百姓的惶恐，也给沛公您留下恶名。”萧何的分析入情入理，文臣武将纷纷点头称是。刘邦说：“先生所言甚是，当初怀王派军西进，是因为我宽容大度，不嗜杀，每到一处都能安抚百姓，收服民心。况且子婴已经投降，杀他不吉。”于是便将秦王子婴交给了主管官员处置。
刘邦环顾左右，十分满意，面带微笑：“我们都是穷苦人出身，出生入死转战南北，今日进宫，福祉不浅。”张良闻言一怔，正想上前说什么，刘邦已经离开座位，摆摆手说：“大家都回营去吧。”众人早已按捺不住，纷纷走出殿门，到各处游玩，还有不少将领加入到抢劫的行列中。
刘邦素有好色之名，看到辉煌壮丽的秦王宫，他眼花缭乱，恋恋不舍，产生了安逸的思想，于是一头栽进富贵温柔乡，想留下来在皇宫中居住，对于外面发生的混乱竟然全然不觉。张良见状非常着急，就找到樊哙说明利害，二人一起去见刘邦。樊哙劈头便问：“沛公是想拥有天下，还是做个富家翁就知足了呢？像这样豪华奢侈的享受，正是秦朝灭亡的原因！希望您回军霸上，不要再留在宫里了。”从樊哙对刘邦的此番提醒来看，此人虽是屠夫之流，但是他对汉室的功绩，他的胆识和才智绝对不在张良、萧何、韩信这三杰之下。
刘邦的优点是知人善任，判断力准确，别人说得对他就能听从。于是刘邦似有觉悟，但是确实舍不得离开，张良进一步劝说：“秦无道，所以沛公能进入咸阳，您来是为了诛灭暴秦，为天下人铲除残民之贼，应把抚慰人民作为根本。现在刚刚进入秦都城，就要安享其乐，这即是人们所说的‘助纣为虐’了。况且忠言逆耳利于行，良药苦口利于病，希望您能听取樊哙的劝告！”张良用秦朝灭亡的教训，再次给刘邦敲起警钟，这时刘邦便幡然醒悟，当即起身，下令封闭府库宫室，不准任何人擅自进入。他立即率领部队撤离咸阳，返回霸上，城内只留少数军队维持治安，咸阳的秩序很快恢复正常。
这个时候，萧何在忙些什么呢？原来萧何正在派人尽收秦丞相、御史府律令图书。
按秦朝制度，丞相佐助皇帝，处理国家大事。御史大夫则相当于副丞相职位，具体负责对外监察各郡御史，对内接受公卿奏事，按章弹劾。除军事大权之处，秦朝的丞相、御史大夫几乎总揽一切朝政。御史办公的地方就叫御史府，他手下的属官御史中丞具体负责掌管全国的图籍律书。
萧何在沛县为官多年，他当然知道这是政府一个要害部门。刘邦入咸阳时，诸将大多忙于争抢金帛财物，只有萧何抢先进入秦丞相御史府，把律令图书都收藏起来，这样就使刘邦对于天下的关塞险要、户籍多寡、强弱形势、各地的风俗民情等都能了若指掌，心中有数，后来，在楚汉战争中，刘邦之所以能料敌制胜，这是一个非常重要的有利条件，是一个不容忽视的因素。
当时入关诸侯，最有势力的自然是刘邦和项羽，然而刘邦与项羽比起来则又相差悬殊。项羽拥兵40万，号称百万，且是击溃秦军主力，久经战火洗礼，无坚不摧的精锐之师。刘邦当时是10万人，号称20万，且未经历大规模的残酷的战争洗礼，因此双方强弱之势明若观火。而此时老谋深算的萧何，已经暗中在为下一步刘邦与项羽争夺天下作了一个及时而必要的准备。
后来的事实证明，项羽兵入咸阳后，放火将秦宫室烧得荡然无存，如不是萧何的事先收缴，这批宝贵的档案文书岂不一同被化为灰烬？
在樊哙、张良以及萧何的劝谏与辅佐之下，刘邦从秦宫室、帷帐、狗马、重宝、美女的诱惑中清醒过来，作出了“还军霸上”的正确决策。否则，项羽统率几十万大军来到后，沛公的命运可想而知。
霸上即白鹿原，据说曾有白鹿在此栖息而得名，这是陕西省兰田县北的一片台地。公元前225年，王翦率领60万大军伐楚，秦始皇亲自出咸阳，就在这里送他。18年后，霸上到处飘扬着楚军的旗帜，“楚虽三户，亡秦必楚！”这句谶言在此得到了验证。
此刻刘邦志得意满，俨然以关中王自居。首先刘邦对军队内部将士进行了封赏，封卢绾为长安君，刘交为文信君，樊哙为贤成君，曹参为建成君，灌婴为昌文君，郦食其为广野君，郦商为信成君等。之后命萧何“监督庶务”（相当于现在的秘书长）；刘交和卢绾“传言语诸内事隐谋”（相当于机要主任和参谋长）；夏侯婴是“太仆”，就是刘邦的侍从长兼战车部队指挥；樊哙是“参乘”，实际上就是御林军司令。这一干人等各司其责，共同辅佐刘邦。
随后，刘邦把关中各县父老、豪杰召集起来，郑重地向他们宣布：“秦朝的严刑苛法使诸位深受其害，比如批评朝政得失的要灭族、相聚谈话的要处以死刑等，这些都不合理早就应该废除。怀王跟诸侯有约在先：谁先进入关中，谁就做关中之王，当时几路大军一起出发，结果是我先入关，所以我就应当挑起管理关中的重任。现在我和诸位约定，不论是谁，都要遵守三条法律：杀人者要处死，伤人者要抵罪，盗窃者要判罪！其余凡是秦朝的法律全部废除。”父老、豪杰们一听，登时群情振奋，纷纷表示拥护。
这就是成语“约法三章”的由来。约法三章中的章就是条目，此三章比之秦法简约了何止千百倍。虽然有矫枉过正之嫌，但是非常时期自有非常时期的做法，刘邦就是要用这简约的三章法律和秦朝严苛的法律制度进行对比，从而获得民心。客观地说，秦律的制定是我国古代非常了不起的成就，秦朝统一六国，制定秦律，是必然。沛公入咸阳，为安抚百姓，约法三章也是必然，所谓此一时彼一时也！
刘邦接着说：“我到关中，就是要为民除害，不会对你们有任何侵害，请不要害怕！官吏和百姓要像往常一样，正常生活，安居乐业。我把军队撤回，驻扎在霸上，没有其他企图，只是想在这里等待其他各路诸侯，共同商议善后事宜。”刘邦随即派人和秦朝的官吏一起，下到各郡县、乡村去巡视，安抚民心，宣传、讲解“约法三章”。
秦地的百姓正在惶恐中，听到刘邦的告谕，都很欣慰，对刘邦更是感激不尽，纷纷献出牛羊酒食，慰劳士兵。刘邦推辞不受，他说：“仓库里的粮食很多，并不缺乏，我们不能要百姓的东西。”人们更加高兴，他们现在什么都不怕，就怕刘邦以后不做关中之王。刘邦也什么都不怕，就怕做不成关中之王。因为刘邦出身寒微，来自社会下层，了解人民心理，他更知道统治者必须获得人民拥护的道理，这就是他入关后即“约法三章”，称帝后又重制律令，颁布“汉律九章”的思想基础。正是由于坚决执行约法三章，刘邦得到了百姓的信任、拥护和支持，才能最后取得天下，建立汉朝。
当刘邦大军在咸阳安民的时候，项羽率领的诸侯军沿黄河一路西进，也逼近到函谷关附近。函谷关在今天的河南省灵宝县西南，东自崤山，西至潼津，山中间裂成一谷道，两边是悬崖绝壁，即使是猿猴也不能攀越，人走在谷中，就像被关在盒子中一样，所以叫函谷关。秦人在此设立了关城，控制人员出入。这一条狭窄的谷道是中原人进入关中最便捷的通道，其重要性可想而知。
刘邦军中顿时充满了山雨欲来风满楼的紧张气氛，大家都知道刘邦虽然抢先入关，但是他的军队若要和项羽的联军对抗，就好比以卵击石。况且，项羽率领的群雄和众多将领，早就虎视眈眈，都想在秦亡后分得一杯羹。此时，有人向刘邦进言说：“关中非常富裕，地势易守难攻，听说项羽把关中封给了降将章邯，如果让他们进来，您就保不住关中了。最好赶快派兵把守函谷关，再征调关中之兵做后援，不让项羽大军进关。”刘邦听从了这个建议，派兵固守函谷关，下令封闭关门，不许任何人出入。
项羽大军将要到达函谷关前，得到先锋部队情报：关门紧闭，关上竖立着刘邦的旗帜。守关将领还向他们宣布刘邦的命令：不许项羽及诸侯大军入关。项羽愤怒了，他认为狡诈的刘邦已经背叛了他。愤怒的项羽马上下令，让英布用武力夺取函谷关。以英布之勇，函谷关很快被攻破。把守函谷关的曹无伤因对沛公不满，所以在关破之后不仅没有及时向刘邦报告，而且马上派密使去鸿门见项羽，告诉他说：“沛公打算在关中称王，还要用子婴做丞相，并且把咸阳珍宝都据为了己有。”
破关之后，项羽带领大军驻扎在鸿门。谋士范增早就看准了诸侯中，只有刘邦能成为项羽的劲敌，若按怀王之约，让先入关的刘邦做关中王，就会后患无穷，因此正好借机除掉他。于是趁机进言：“沛公在山东的时候，贪财好色人人皆知。这次进入关中，不取财物，不近女色，足见此人志向不小。我曾命人观望他那边的云气，都显示出龙虎的形状，出现五彩，这是天子之气啊！应该赶快进攻他，不要错过了时机！”项羽于是下令：“明天一早好好慰劳士兵，偷袭刘邦部队！”
楚国左尹项伯是项羽的叔叔，同时也是张良的挚友，当年杀人之后曾蒙张良收留。项伯想要报张良的救命之恩，于是快马加鞭赶到霸上，找到张良和盘托出了项羽的计划，要张良赶紧随自己逃生。张良很冷静：“我奉韩王之命追随沛公，这样偷偷逃走实属不义，容我去向沛公辞行。”说罢起身，项伯只好坐在营帐中等候张良归来。
张良于是进见沛公，和盘说出此事。沛公大惊，张良问：“是谁给沛公出的主意，让您封闭函谷关，这是非常危险的事。”刘邦马上承认错误，并向张良问计。张良说：“沛公您的士卒能抵挡住项羽的兵力并能和他抗衡吗？”沛公沉默了一会儿，道：“肯定不如他，那该怎么办？”张良说：“请您亲自去见项伯，向他解释您不敢背叛项王。”沛公有点儿不放心：“你和项伯原来就有交情吗？”张良说：“在秦的时候，项伯曾经杀人，是我救了他。现在事情紧急，所以才来告诉我。”沛公问：“他和你谁年纪大？”张良说：“他比我大。”沛公说：请你替我把他请来，我会用兄长之礼对他。“张良出来再三邀请项伯，项伯无奈就进去见沛公。沛公刘邦手捧酒杯向项伯敬酒祝福，并与他约定结为亲家，之后解释说：我进入关中，连毫毛般微小的东西都不敢沾边，只是登记官民，封存府库，等待项羽将军的到来。之所以派将领把守函谷关，是为了防备有其他盗贼进入和发生异常情况。我日日夜夜盼望着将军驾临，哪里敢谋反啊！希望您能把我不敢忘恩的情况详尽地告诉项将军。”项伯答应下来，随后对沛公说：请您明天早晨亲自来鸿门谢罪。沛公说：好吧。
项伯连夜赶回军中，把沛公之言报告项羽，又说：“要不是刘邦先攻下关中，您又怎么能进来呀！现在沛公有这么大的功劳我们却要打他是不义啊，不如我们就此好好对待他。”
项羽本来就没把刘邦放在眼里，不相信他敢背叛自己，听项伯一说就相信了，随后问项伯该怎么办。项伯说：“沛公答应明天一早来向大王请罪，大王不妨向天下诸侯显示一下您的宽容。”项羽当即决定停止明天的偷袭行动，改为举办庆功宴，同时请诸侯和将领共同参加。
第二天一早，刘邦带领100多名随从到达鸿门，拜见项羽，首先谢罪说：“我和将军合力攻打秦国，将军在黄河以北作战，我在黄河以南作战，我自己也没有料想到能够先入关打败秦国，在这里再次看到将军您。现在有小人从中编造谣言，而使将军和我有了隔阂……”刘邦这样一解释，项羽很受用，马上说：“这是你的左司马曹无伤说的，不然的话，我怎么会这么生气呢？”项羽随后传令赐宴，款待刘邦等人。
宴会上，项羽、项伯面向东坐；亚父范增面向南坐；刘邦面向北坐；张良面向西陪坐。酒喝得差不多了，范增多次使眼色给项羽，并举起自己的玉佩向项羽示意，项羽假装没看见，依旧推杯换盏，谈笑风生。
范增急得坐不住了，起身出去召来项庄，对他说：“项王为人心肠太软，不忍下手。你进去上前祝酒，之后请求舞剑助兴，趁机把刘邦击倒在座位上，杀掉他。不然的话，以后你们都将被他俘虏！”项庄听命而行，进来祝酒说：“君王和沛公饮酒，军营里没有什么可以用来娱乐的，请让我舞剑助兴吧。”项羽说：“好。”项庄就拔出剑舞起来，渐渐靠近刘邦，眼神露出杀机。项伯见状不好，也拔出剑与他对舞起来，并常常像鸟儿张开翅膀一样掩护刘邦，项庄始终得不到机会来刺杀刘邦。
张良到军门外召见樊哙。樊哙劈头就问：“今天里面的情况怎样？”张良说：“非常危急！现在项庄拔剑起舞，他的用意分明在沛公身上。”樊哙说：“这太紧迫了！请让我进去守卫在沛公身旁，竭力保护他。”樊哙就带着剑和盾牌进入营帐。樊哙进去后，揭开帷幕面向西站立，瞪眼看着项羽，头发直竖起来，眼眶都要裂开了。项羽手握剑柄跪直身子说：“客人是干什么的？”张良说：“他是沛公的参乘樊哙。”项羽说：“壮士！赏他一杯酒。”樊哙拜谢，站着一口气把酒喝干。项羽说：“赏给他一只猪腿。”左右的人就给他端上一只半生的猪腿。樊哙把盾牌反扣在地上，把猪腿放在盾牌上，拔出剑切着吃起来。
项羽说：“壮士！能再喝杯酒吗？”樊哙说：“我死尚且不怕，一杯酒还值得推辞吗？秦王有像虎狼一样凶狠的心肠，杀人唯恐不能杀尽，处罚人唯恐不能用尽酷刑，因此天下百姓都背叛了他。楚怀王曾经和诸将约定：先打败秦军进入咸阳的人为关中王。现在沛公先打败秦军进入咸阳，封闭了宫室，一丝一毫都不敢占有动用，退军驻扎在霸上，以等待大王的到来。沛公特意派遣将士把守函谷关的原因，是为了防备盗贼进入和其他意外。像这样劳苦功高的人，没有封侯的赏赐，却听信小人谗言，要杀有功之臣，这是步亡秦的后尘啊！我私下认为大王不应该采取这样的做法。”
大家见樊哙当面指责项羽，都以为项羽一定不会饶过他，没想到项羽却喜欢他的大胆直率，只是说：“壮士坐下吧。”樊哙便挨着张良坐下。过了一会儿，刘邦怕项羽不放过他，又怕范增再设计杀害他，就起身假装上厕所，离座出外，暗示樊哙等人跟他出去。刘邦出外不久，张良、樊哙等人也都跟了出来，项羽看他们都出去了，就派都尉陈平去请刘邦回座。刘邦哪里肯回去，几个人聚到一起继续商量。刘邦说：“刚才出来没有告辞，就这样一走了之，不太好吧？”“做大事不必顾虑细枝末节，大礼不必讲究小的谦让。现在人家正像切肉的刀和砧板，我们是鱼和肉，人家要宰割我们，我们还讲究什么礼节呢？”樊哙口里埋怨着，催促刘邦快走。刘邦决定不告而别，只留下张良向项羽道歉。
张良问道：“大王来时带些什么礼物？”刘邦说：“我拿来一对白玉璧，准备献给项王；一对玉酒杯，要送给范增。正赶上他们发怒，不敢献上去，你替我献给他们吧。”张良说：“遵命。”刘邦临走前对张良说：“从这条路到军营不过20里罢了。你估计我到了军营，再进去见项王。”刘邦于是丢下随从的车辆、人马，独自一人骑着战马，带着持剑拿盾徒步奔跑的樊哙、夏侯婴、靳强、纪信4人，一起顺着骊山脚下，抄小路逃走。
刘邦走后，张良估计他们已经回到军中了，就进去辞谢说：“沛公不能多喝酒，已经醉了，不能前来告辞。叫我奉上白玉璧一对，敬献给大王；玉杯一双，敬献给大将军。”项羽说：“沛公在哪里？”张良说：“听说大王有意责备，他脱身独自离开了，已经回到军中。”项羽就接受了白玉璧，放到座位上，这时才后悔不该放走刘邦，心里很不是滋味。范增接过玉杯，丢在地上，拔出剑砍碎，叹息道：“唉！这小子不值得和他共谋大业！夺走项王天下的人一定是沛公，我们这些人总有一天会成为他的俘虏！”
沛公回到霸上，第一件事就是杀了挑拨离间的曹无伤，剪除了内部的隐患，加强了内部团结。不久，张良带着随从也回来了。鸿门宴上项羽没能杀了刘邦，刘邦捡回一命，但是也付出了很大的代价：放弃首先入关的功劳，承认项羽是亡秦第一有功之人，并有资格分配一切利益。
“鸿门宴”一词在后世被用作比喻“不怀好意的筵席”。“项庄舞剑，意在沛公”以及“人为刀俎，我为鱼肉”皆成为名句。它标志着秦末农民起义中风云人物之一项羽悲剧命运的开端，是秦末农民战争的重要转折，是刘项两大势力急遽变化的关键。
