陈胜、吴广起义失败后，刘邦投奔楚怀王的反秦大军。楚怀王因为刘邦宽容大度，不像项羽那样剽悍霸道，所以派他先入关中。刘邦进入关中后，约降秦王子婴，灭掉大秦。
沛县起义
刘邦，字季，生于楚国的沛丰邑中阳里（故地在今江苏沛县），早在陈胜、吴广起义之前，刘邦就已经组织了反秦武装，只是没有进行起义。
刘邦为人豁达大度、不拘小节、好酒及色，喜欢以游侠自任，整日里浪荡游历，结交了不少豪杰，但并不被父兄所喜爱，也不为乡里社会称道认可，被视为无赖。前224年，秦始皇灭楚，刘邦所在的沛县也被秦军占领。秦灭楚之时，刘邦已经过了30岁，对务农毫无兴趣的他参加了秦朝官员选拔考试，考试合格之后，34岁的刘邦被任命为沛县下属的泗水亭亭长。后来随同刘邦起兵的汉帝国开国功臣，很多都是刘邦在泗水亭长任上结识的沛县中下级官吏，例如后来的汉相萧何、汉太仆夏侯婴、御史大夫任敖等。当时刘邦按照秦制也要服徭役，他在咸阳服役期间有幸见到了秦始皇出巡的排场，心生羡慕，喟然感叹道：“嗟乎！大丈夫当如此也。”这句感慨也预示着刘邦不同于常人的心志与命运。
前210年，秦始皇在沙丘暴毙，此时的刘邦已经46岁了。秦二世即位后，下令重新开工修建阿房宫与秦始皇陵，刘邦也要押解服役民工入咸阳服徭役。在押解途中，不断有人逃跑，刘邦估计，这样下去走到骊山人就跑光了，自己难免受罚，于是索性放了所有的服役民工。当时，队伍中有十几个壮士跟随刘邦落草芒砀山，人数慢慢壮大到一百来人。
前209年九月，陈胜、吴广起义，关东各地纷纷起兵响应。九月，沛县县令也想响应起义，遂召集属下萧何和曹参商议如何起义。萧何认为县令率民起义不好，还是召外面的人来起义更好，于是推荐刘邦。而当刘邦一行到达沛县县城时，县令又反悔了，他怀疑萧何、曹参串通刘邦要加害自己，所以下令关闭城门，同时逮捕萧何、曹参。然而萧何二人早已得到消息，就立即逃出城投奔刘邦。经过商议，刘邦写了一封帛书，装在箭上射到城上，帛书上写：“天下苦于秦政已经很久了，现在诸侯并起，将要攻打沛城。沛县令是外地人，反复无常，不为沛县着想，却叫大家为秦守城，一旦诸侯攻入沛城，大家都要身死家亡。为了守卫家乡，我们不如杀掉县令，在本县子弟中选人立为县令，响应诸侯反秦，这样就可以保全家世。不然，父子俱屠，无为也。”沛县人得到帛书之后，都愿意响应刘邦的号召，大家就一起诛杀县令，开门迎刘邦入城，推举其为沛公。刘邦开始主持沛县军政大事，动员全县子弟加入起义队伍，组织起一支两三千人的军队。
入关破秦
刘邦起义不久，就杀死泗水守壮，派属下雍齿守丰。前208年，雍齿背叛刘邦，投降魏国。刘邦引兵攻打雍齿，没有成功，就率众投奔秦嘉。次年四月，项梁攻杀秦嘉，刘邦又率百余骑投奔项梁。依靠项梁拨给自己的五千兵力，刘邦再次攻打雍齿，这次终于大胜。七月，秦将章邯围攻齐国田荣，项梁与刘邦一起大败章邯军。八月，刘邦与项羽在雍丘大败秦军，杀死三川守李由。功绩颇丰的刘邦为楚怀王任命为砀郡长，封武安侯。
前207年，楚怀王制订了著名的“先入定关中者王之”的约定。项羽想要为自己的叔叔项梁报仇，主动请缨，要求率军攻打关中。然而楚怀王恐怕项羽剽悍残暴很难听从自己指挥，就拒绝了他的请求，而派他辅助宋义，率军北上巨鹿援赵。攻打关中的重任则给了刘邦，因为楚怀王认为刘邦一向宽大温和，心怀仁义，更容易攻下秦国。项羽本来以为以自己的强大兵力，就算北上援赵耽误一些时间，还是会比刘邦的杂牌军早入关中。没想到刘邦采用了避实就虚的策略，率军跟在项羽大军后面，一路收集被击溃的秦军，补充兵力与粮食。途中，刘邦绕过秦军重点布防的地方，而率军经过稍南方的颍川一带，占领颍川郡的翟阳，之后回避章邯军驻守的函谷关，改从武关进攻。
当项羽在巨鹿破釜沉舟与章邯军拼死决战时，刘邦大军已经攻入武关，直逼咸阳城。秦相赵高派使者与刘邦商议，以杀死秦二世为条件，与楚军瓜分关中，刘邦不同意。赵高还是杀死了秦二世，立子婴为秦王。子婴接任五天就诛杀赵高，紧接着，集结秦军兵力据守峣关，与刘邦大军对峙。
刘邦善将将
刘邦建立大汉帝国后，曾与韩信讨论率军才能。刘邦问韩信：“你看像我这样，能率多少兵？”韩信坦诚回答：“陛下能带的不过10万人。”刘邦又问：“那你能带多少？”韩信毫不掩饰地答道：“臣带兵是越多越好。”刘邦很惊讶，问：“既然你带兵越多越好，怎么你反而被我所擒？”韩信答：“陛下虽不能将兵，但善将将，这就是臣之所以被陛下所擒的原因。陛下之才乃是天命所授，不是人力所能做的。”这段话说明了刘邦确实具备卓绝的领导才能。
项羽结束巨鹿决战后，得到刘邦直逼咸阳的消息，立即率军火速进攻关中的东大门——函谷关。然而刘邦还是比项羽更快一步，他派郦食其、陆贾说服据守峣关的秦将投降，趁秦将犹豫之时，遂率兵绕过峣关，越过蒉山，在蓝田关（故地在今陕西蓝田县西）一带大破秦军防卫主力，并追过蓝田关口，彻底击溃秦军最后的防卫部队。前207年十月，刘邦军屯兵霸上（故地在今陕西西安东），咸阳城已经毫无防卫能力。秦王子婴用绳子绑住自己，素车白马，穿上丧礼所穿的白色丧服，手持传国玉玺与兵符，亲自到轵道（故地在今西安霸水西岸大道）投降刘邦，至此，大秦帝国灭亡。
刘邦进入咸阳之后，看到富丽堂皇的秦宫室、珠宝美女数以千计，觉得非常新鲜，一时不愿意离开秦宫。樊哙劝他不要被暂时的荣华迷惑，刘邦已经被咸阳城的金碧辉煌迷花了眼，根本听不进去。张良再谏，刘邦才依依不舍地离开秦宫还军霸上，与秦人约法三章：“杀人者死，伤人及盗抵罪，余悉除去秦法。”秦人非常拥护刘邦的新政，争相向刘邦大军贡献牛羊酒食，刘邦推辞不收：“军粮充足，不劳民破费。”百姓更高兴，人人都希望刘邦做秦王。此时的刘邦正如项羽亚父范增所说：“沛公以前在山东时，贪财好色，这次入关，却财物无所取，妇女无所幸，可见其志向不小。”
楚汉之争
正在进军函谷关路途上的项羽得知刘邦已经入关而且封锁了函谷关，挡住了自己进入关中的必经之路，暴跳如雷，虽然他一向不在乎称王，但刘邦此举实在使自己丢面子，就下令猛攻函谷关。十二月，项羽大军至戏，驻军于鸿门，与屯兵霸上的刘邦大军形成对垒之势。在项伯、张良的斡旋下，项羽同意与刘邦和解，这就是有名的鸿门宴放虎归山的事情了。鸿门宴上，范增一再提醒项羽趁机杀死刘邦，项羽却迟迟不愿动手，最终刘邦得以逃脱。
项羽进入咸阳城后，火烧秦宫室、杀死秦王子婴、将咸阳城抢掠一空，然后回军戏下，自立为西楚霸王，封刘邦为汉王，封地为巴、蜀、汉中，而将关中地区分别封给秦的三个降将：章邯、长史司马欣以及都尉董翳，项羽希望借这三人来阻截刘邦东进。
不久，反秦老将田荣因为不满项羽分封不公，起兵反叛。项羽立即回击田荣。刘邦趁此机会一举击败章邯，攻取陇西、北地、上郡，之后出武关，继续东进，揭开了楚汉之争的序幕。当项羽击败田荣之时，刘邦大军已渡河进入洛阳，在此地为楚怀王发丧，并以“项羽杀主背义”的罪名，号召诸侯共同讨伐项羽，结果被项羽大败，狼狈逃往荥阳。项羽追到荥阳时，大败刘邦新收集的军队，刘邦让属下纪信扮作自己，带两千名妇女夜出东门，假装投降项羽，楚军闻讯大喜，纷纷跑到东门观看，结果刘邦趁机率军从西门逃走了。逃往成皋的刘邦就地屯兵，继续与项羽大军对峙，结果自己又被项羽射伤，兵败而逃。
正在此时，刘邦手下大将韩信率军攻取齐国历下、临淄，并击败项羽手下大将龙且。项羽虽然表面上连败刘邦，甚至射伤了他，但实际上已经连续丢失了赵、燕、齐三地领土，损失了大量兵力。无奈之下，项羽答应与刘邦划江而治，以鸿沟以西为汉，鸿沟以东为楚。
刘邦并没有依约西归，而是跨过鸿沟追击项羽，在垓下围困项羽，项羽被追至乌江畔，陷入穷途末路。乌江亭长催其赶快渡江，项羽却不愿意，感慨自己已经“无颜见江东父老”，接着拔剑自刎。楚汉之争至此结束。
刘邦进入关中，灭掉大秦，几经曲折击败项羽，最终建立了大汉王朝。
