垓下之战，是公元前202年楚汉两军在垓下进行的一场决战。
刘邦背约
公元前203年，陈平与张良力劝刘邦撕毁楚、汉鸿沟和约，“击其暮归”。张、陈二人认为：“汉有天下太半，而诸侯皆附之。楚兵罢食尽，此天亡楚之时也”，建议“不如因其机而遂取之”。此时不待更待何时，正是天亡项羽之际，刘邦正有此意，遂根据张良、陈平的建议，趁楚军锐气消磨殆尽的退兵路上之发起追击。
阳夏之战
不久，汉五年(公元前202年)十月(汉军击败楚军取得阳夏(今河南太康)，樊哙俘获楚周将军卒四千人。 彭越趁项羽向南撤退到夏阳之机，攻克昌邑旁二十多个城邑，缴获谷物十多万斛，用作汉王的军粮。
刘邦趁项羽退军之际率领汉军发起追歼在阳夏大破项羽率领的楚军，俘虏楚国大将周将军，汉军光俘虏就有五千楚军。汉军取得阳夏，项羽率领的楚撤退到固陵。
此时,刘邦另派刘贾南渡淮水包围寿春,刘贾很快到达。刘邦与项羽在固陵对峙时,防止项羽南逃派刘贾在寿春招降周殷断项羽向南逃后路。楚大司马周殷叛变楚王，帮助刘贾攻下九江，迎接九江王黥布的军队。后来，周殷和黥布率军
在垓下和刘邦会合，共同攻打项羽。
固陵之战
刘邦率领汉军追击项羽到了固陵，项羽率领的楚军为了摆脱汉军，发动反击攻打刘邦。刘邦率领的汉军一度受挫。刘邦在各路汉军没到的情况下，为避免不必要的损失，选择高壁深垒防守战，为接下来的反击战做准备。
不久,灌婴、靳歙率领骑兵军团从彭城往固陵而来。刘邦亲自去固陵东边颐乡，与灌婴率领的汉军骑兵会合。
项羽得知灌婴、靳歙等率领汉军东来后为防自己被包围,项羽南退守至陈下,刘邦在灌婴、靳歙率领精锐骑兵到来后,发动反攻。汉将宣曲侯丁义率领骑兵和汾阳侯靳强率汉军为先锋，攻固陵楚军，便击破了楚大将钟离眜的部队，揭开了陈下之战与垓下之战胜利的序幕。
陈下之战
项羽向南逃跑到陈县，刘邦与灌婴在颐乡河南省周口市鹿邑县会合，刘邦率领汉军主动出击(有周勃、樊哙、灌婴、靳歙、夏侯婴、蛊逢、丁义、靳强、灵常等将领)，在陈下(今河南省周口市淮阳县)斩杀楚军十几个大将。项羽在陈下大败，陈公利几投降，汉军占领陈县。陈下之战后，项羽败局已定，韩信、彭越、英布等率军前往垓下，与刘邦会合，一同包围项羽。
大战垓下
韩信、彭越、英布等会合刘邦后，汉军参战兵力已超过60万人，十二月(前202年初，当时以十月为岁首)在垓下将向江东(今江南撤)退的十万楚军层层包围。汉军以韩信亲率三十万人为前军，刘邦调度孔聚为左翼，陈贺(费将军)为预备军在韩信军后待命，刘邦坐镇中军，周勃、柴武等预备军在刘邦军后待命。韩信亲率前军发动攻势，初战进攻受挫后退，在楚军准备追击时，刘邦即时调度汉军左右两翼迂回夹击楚军，两军短兵相接陷入胶着，这时韩信率领前军翻身再战，楚军在三面夹击中被击败。由于项羽在围困中被击败，后人将韩信的这一战术称为“十面埋伏”。战败后，项羽被迫退回垓下城。
四面楚歌
楚军在垓下之战中受到决定性失利，然而仍然有着激烈的抵抗。刘邦乃设计令汉兵学唱江东楚国民谣，是夜，四面皆楚歌，楚军自项羽以下莫不以为汉已尽得楚地，乃士气崩溃。项羽率八百骑乘夜向南突围，渡过淮水后，身边只剩百余骑。
自刎乌江
汉军至黎明时才发觉项羽脱逃，由汉将灌婴率五千骑追杀。楚军一度迷路，在东城(今安徽定远县南)被追上。几度冲突后，项羽身边仅剩26人，终于突围到长江北岸的乌江。乌江亭长建议他前往江东，但项羽自觉起兵有八千江东子弟追随，今日孤身而还，无颜见江东父老，不愿过江。不久，汉军数千骑追至，项羽令二十六骑下马步战，毙杀汉军五百余人后，乃挥剑自刎而亡。至此，刘邦获得垓下之战的胜利。
战争后续
项羽自刎乌江后，尸体被吕马童等五位汉军将领获得。五将争功，将尸体分成五块，献给刘邦邀功。刘邦将五将都封为列侯。
垓下之战后，刘邦继续进攻楚地，派兵夺取吴郡，招降会稽等郡。同时，刘邦率领汉军在颍川击败陈公利几，楚地反抗势力都逐步瓦解。到此，项羽控制的楚地，除了鲁地继续抵抗刘邦外，其他地区都向刘邦投降。
之后，汉军灭掉项羽分封的临江国、杀临江王共尉，诸侯王中不再有势力反抗刘邦。
鲁地投降后，楚汉战争正式结束，刘邦取得了彻底胜利，建立汉朝。之后，刘邦以“鲁公”之礼将项羽下葬。
