五月，将军纪信（对汉王）说：“形势太紧急了！我请求（假扮大王）来蒙骗楚军，（大王）可以偷偷逃出。”于是陈平夜里在（荥阳）东门放出女子二千余人，楚军因此四面围攻。纪信乘着有帝王标识的汉王车驾（出城），他说：“粮食已尽，汉王向楚王投降。”楚军一起高呼万岁，（都）到城东去观看（汉王投降），因此汉王得以和数十个骑兵从西门逃走。派御史大夫周苛、魏豹、枞公守在荥阳。项羽见是纪信，问：“汉王在哪？”纪信答：“（汉王）已经逃出去了。”项羽烧死了纪信。周苛、枞公商量说：“（魏豹）是翻拍过的诸侯国君王，难以和他一起守城。”就把魏豹杀了。
汉王逃出荥阳，来到成皋，从成皋进入关中，收集兵马准备再次东征。辕生向汉王建议说：“汉军与楚军在荥阳相持了好几年，汉军常陷于不利的困境。希望大王从武关出兵，项王一定会带兵南下，大王深沟高垒（不出战），让荥阳、成皋一带的汉军得以休整。（另）派韩信等安定河北赵地，连接燕国、齐国，然后大王重新进兵荥阳。这样，则楚军要多处防备，兵力分散。汉军得到休整后，再与楚军交战，一定能打败楚军。”汉王听从了他的计策，出兵在宛县与叶县之间，和英布一边行进一边收集兵马。
项羽听说汉王在宛县，果然领兵南下，汉王坚守壁垒不和他交战。本月，彭越渡过睢水，和（楚将）项声、薛公在下邳交战，打败楚军并杀死了薛公，项羽派终公驻守成皋，亲自领兵向东攻打彭越。汉王带兵北上，打败终公，重新收复了成皋。
六月，项羽已经打跑了彭越，听说汉军又攻取了成皋，就领兵向西攻下荥阳城，生擒（主将）周苛，项羽对周苛说：“做我的大将，我封你为上将军，封赏三万户。”周苛骂道：“你不迅速降汉，马上要成为俘虏了！你不是汉王的敌手。”项羽烹杀了周苛，并且杀了枞公，俘虏了韩王信，接着围困了成皋。汉王逃走，只和滕公同车逃出成皋北门，向北渡过黄河，（晚上）留宿在小修武。自称是（汉王）使者，第二天清晨冲入张耳、韩信的军营，夺了他们的军权。就派张耳往北到赵地去收集士兵。
秋七月，有（象征除旧布新的）彗星在大角上空出现。汉王取得了韩信的军队后，重新振作起来。
八月，率兵临近黄河向南，驻军在小修武，想再和楚军交战。郎中郑忠劝阻汉王，建议他深沟高垒，不要和楚军交战。汉王听从了他的计策，派卢绾、刘贾领步兵二万，几百骑兵，从白马津渡河进入楚地，协助彭越焚烧楚军的粮草积蓄，又在燕县西面打败楚军，攻下了睢阳、外黄十七座城池。
九月，项羽对海春侯大司马曹咎说：“小心守住成皋。即使汉王要挑战，千万不要和他交战，只要别让汉军东进就可以了。我在十五天以内一定能平定梁地，再与将军会合。”于是项羽率兵向东攻打彭越。
汉王派郦食其去游说齐王田广，停止军队的守备和汉军联合。
高祖四年冬十月，韩信采用蒯通的计策偷袭兵攻打齐军。齐王把（哄他撤防的）郦生烹杀了，向东逃到高密。项羽听说韩信打败了齐军，还想攻打楚军，就派龙且率军救援齐军。
汉军果然多次向成皋的楚军挑战，楚军坚守不出，（汉王）派人辱骂楚军好多天，大司马曹咎大怒，领兵渡过汜水（想攻打汉军），楚军刚渡过一半，汉军出击，大败楚军，缴获了（成皋城内）楚国的全部金玉财物。大司马曹咎、长史欣都自刎在汜水岸边。汉王领兵渡过黄河，重新占领成皋，驻军在广武，从敖仓运粮。
项羽攻下梁地十余座城池，听说海春侯（曹咎）被汉军打败，就率兵返回。汉军正把钟离昧围困在荥阳东面，听说项羽兵到，都去逃到险阻的地方。项羽也驻军在广武，与汉军对峙。年轻人厌倦了行军打仗，老弱的由于运输粮饷疲惫不堪。汉王、项羽一同到广武涧前对话。项羽要和汉王单挑决战，汉王列举项羽的罪行说：“我当初和你项羽都接受楚怀王的命令，说好先平定关中的为关中王。你项羽违背了约定，让我在蜀汉为王，这是第一条罪行。你项羽假传怀王旨意杀了卿子冠军，自认上将军，这是第二条罪行。你项羽已援救赵国后应当回报怀王，却擅自胁迫诸侯的军队随你入关，这是第三条罪行。怀王约定进入秦地不得烧杀抢掠，你项羽烧毁秦朝宫殿，挖开始皇帝陵墓，将秦地财务占为私有，这是第四条罪行。（你）又硬是杀掉已经投降的秦王子婴，这是第五条罪行。（你）残忍用欺诈手段在新安活埋了二十万秦兵，却又封他们的将领为王，这是第六条罪行。（你）将将领们都封在好地方，却迁移赶走原来的诸侯王，让臣下为争王位而反叛，这是第七条罪行。（你）将义帝赶出彭城，自己却在那里建都，夺取韩王的土地，兼并梁地楚地，都划给了自己，这是第八条罪行。派人在江南秘密杀害了义帝，这是第九条罪行。你为人臣子却谋杀君主，杀害已经投降的人，你执政不公，你主持盟约却不守信，不被天下所容，大逆不道。这是第十条罪行。我率领义兵跟从诸侯们讨伐（你项羽），派个受过刑的罪犯打你（就行了），又何苦我来跟你单挑？ ”项羽大怒，（命令）埋伏的弓弩（手）射中了汉王，汉王的胸部受伤，却摸着自己的脚说：“这个贼子射中了我的脚趾。”汉王因箭伤病倒了，张良硬是请汉王起来去慰问将士，以此稳定将士（军心），不让楚军的乘胜进攻。汉王去巡视军营，病情加重，立即赶回了成皋。
十一月，韩信和灌婴打败楚军，杀了楚军大将龙且，追到城阳，俘虏了齐王田广。齐相田横自立为齐王，投奔彭越。汉王立张耳为赵王。
汉王病愈后，西行入关，来到栎阳，慰问当地父老，摆设酒宴。割下原塞王司马欣的头，悬挂在栎阳街市示众。停留了四天，又回到军中，驻军在广武。关中士兵大批赶到楚汉战场，而彭越、田横盘踞梁地，往来袭击骚扰楚军，断绝他们的粮食通道。
韩信攻下齐国后，派人对汉王说：“齐国靠近楚国，（我的）权力太小，（如果）不做个代理王，恐怕不能安定齐地。”汉王大怒，想攻打他。张良说：“不如趁机封他为齐王，让他守住齐地。”春二月，派张良带着王印，立韩信为齐王。
秋七月，立英布为淮南王。
八月，开始推行算赋法。北貉、燕人派了一批勇健的骑兵来协助汉军。汉王下令：“军士不幸阵亡的，派专人为他穿好衣服用棺木收敛，送回老家。”天下百姓都诚心归附。
项羽自知缺乏帮助而且军粮已用尽，韩信又进兵攻打楚军，十分担心。汉王派陆贾劝说项羽，释放（汉王的父亲）太公，项羽不听。汉王又派侯公去劝说项羽，项羽于是与汉王约定，平分天下，划分鸿沟以西为汉地，以东为楚地。九月，（项羽）送回了太公、吕后，汉军都欢呼万岁。于是（汉王）封侯公为平国君。项羽收兵回东方。汉王也想回西方，张良、陈平劝说：“现在汉军已经拥有天下的三分之二，而诸侯们都来依附。楚军兵疲粮尽，这正是上天给的灭楚时机，如不趁机彻底消灭他，那就是养虎为患。”汉王听从了。
