得吕公资助，在萧何，樊哙，卢倌，曹参，周勃等人的协助下，也举兵响应，占领沛县周边的十多个县邑，从川中岀兵陈留，得贤才郦食其，遂用为参军，郦食其建议举止无定的刘邦放弃北伐洛阳，转兵南阳，期间又有贤士张良来投，邦大喜，用为谋主，张良劝谏刘邦先取宛城，再取南阳，最后入武关，定三秦，兵困咸阳。以约法三章迫使秦王子婴投降，他带兵斩杀了赵高，当下整顿军备，扩充士卒。并且自称为沛公。
刘邦原是极有野心的人，被封汉王后，居于贫瘠的川蜀之地，向往富饶的关中地区，心实不甘，但他的势力小于项王，初不敢造次，后来宰相萧何举荐了军事奇才韩信，刘邦用为将军，后来韩信因将军位卑微，难以舒发平生之志，乃东逃；萧何闻之，趁月色追韩信回来，且进见邦日：“大王如果只想坐领蜀地，那大可不用韩信，但欲称王天下，则非韩信不可也，臣愿以身家性命担保他”，刘邦信以为然，乃筑坛拜韩信为上将军，提调整个汉军，又封襟夫樊哙为总先锋官，仅在信之下，信乃提岀烧毁栈道，暂集兵粮，先解除项羽的疑心，汉王悦之。项羽杀义帝之事传开后，刘邦整备全军，韩信提岀了明修栈道、暗取陈仓之谋，挺兵关中，先战雍王章邯，先锋樊哙手执大斧，先斩章邯部将数人，然后进兵包围了废丘，章邯无奈投降。
复又分兵四岀，进攻翟王，董翳损兵折将后遂降，未己又迫降了塞王司马欣，三秦遂定，打通了东岀之路，在安邑之战中击溃了西魏王魏豹，大梁王彭越投降加入了刘邦的部下，也跟随刘邦建立了不少的功勋；樊哙每战必先，许多将领都成了他的刀下亡魂。
然后举兵伐代，收取代地，攻夺了邬县，重创了代军主力，擒获了代军主将夏悦。随后又发动井陉之战，攻打赵国，先打败了赵国大将陈余，再败赵王歇，又进兵燕国，斩杀燕兵二十余万，燕国平定，再统兵南下伐齐，破齐楚联军三十多万，斩杀楚将龙且、先轸。齐降，刘邦授予他为三齐王暂时镇守齐地。
公元前203年八月，项羽与刘邦在鸿沟拟订了和议，议定以鸿沟为界，东属楚，西归汉。此时的张良，萧何以及军事奇才韩信等不讲武德，趁项羽东归无备，率大兵掩杀其后，项羽回兵与汉王相峙，韩信却邀约彭越，英布等人，以樊哙为先锋急攻