当刘邦到达咸阳城外时，世界已经发生了巨大的变化。北上的项羽取代宋轶为大将军，率军打败了秦军，投降了张寒。后来各地诸侯都归顺了楚霸王项羽。即使项羽块头很大，但还是比刘邦落后一步。刘邦成为第一个到达咸阳以外的叛军首领。
汉元年(前206年)十月，刘邦的军队先于所有诸侯军队到达霸权。秦子乘着一辆白色的汽车，用丝绳勒住他的脖子，盖上皇帝的印章和杰夫，在路上投降了。刘邦的一些将领建议刘邦杀了秦王子婴。刘邦说:“当初楚怀王派我来，是因为我宽容。况且子英现在已经投降了，杀了他也不吉利。”所以他没有杀子英。
子英虽然没有被杀，但也不得不搬出咸阳宫，给刘邦腾地方。刘邦从未见过如此豪华的咸阳宫，所以他决定现在就在皇宫里享受一番。但是遭到了张亮和樊哙的反对。刘邦听从了他们的建议，封存了秦公的财宝和财物，退兵回到了巴商。
刘邦攻下咸阳后，除了沉浸在喜悦中，还做了一件重要的事:他召集咸阳附近的百姓说:“你们长期以来深受秦朝严刑峻法的影响。以前批评州政府的人都是想毁灭民族，碰到一起谈的都要被杀被抛弃。当初和诸侯约定，谁先入关，谁就是这里的王。所以，我应该在关中称王。在这里，我跟你约法三章:杀人的要处死，伤人的要依法惩处，抢劫的要按罪惩处。除了这三条之外，秦朝的其他法令都被废除了。”
“希望大家能像以前一样安居乐业。我是来给大家铲除祸害的，不会有欺凌和暴力。不要害怕。况且我现在驻扎在霸上，就是为了等诸侯一起来制定法律。让大家都能像以前一样安居乐业。”于是刘邦派人巡查咸阳周边的县镇，把这些规定告诉百姓。秦国的人民非常高兴，急忙给士兵们送去食物和饮料。刘邦不服。他对前来送酒送粮的人说:“仓库里粮食充足，军队不缺粮食。我不忍心让大家花钱。”当地百姓听说此事，更加高兴，希望刘邦在关中称王。
关中人民长期受秦暴政的压迫。刘邦入主关中，废除了严苛繁琐的法律，只与百姓约法三章，大大放宽了百姓的活动范围。不仅如此，刘邦还不准让士兵烧杀抢掠，有力地保护了关中人民的生命财产安全。这些措施使关中地区又快又稳，不仅稳定了关中地区，也使刘邦赢得了关中人民的民心。
有人劝刘邦说，“秦国土地很富庶，而且地势有优势。现在听说张寒投靠了项羽，项羽立他为雍王，统治关中。他们很快就要来了，如果他们来了，你可能守不住这里。你要赶紧派兵把守函谷关，不要让诸侯的军队进入。不仅如此，还要从关中招兵买马，增强实力，抵御诸侯的军队。”刘邦觉得他说的很有道理，就派人看守函谷关。十一月，项羽率军欲入函谷关，被阻。
曹吴尚，刘邦的萨吉马，听说项羽很生气，就派人去见项羽，说:“刘邦要在关中称王，让子婴当丞相，自己把秦宫的财宝全拿走。”他想从项羽那里得到奖赏。当时范增也劝项羽攻打刘邦。之后的故事，前面已经讲过了。在刘邦和张亮的帮助下，鸿门宴成功解除了危机。解除危机后，刘做的第一件事就是杀了曹。
鸿门宴后，项羽进入咸阳城，大肆焚烧咸阳城和秦宫。项羽的军队所到之处，无一不被消灭。秦人对项羽非常失望。他没有给人民带来和平，他只带来了灾难。但因为害怕项羽，没人敢违抗项羽。
进入咸阳后，项羽尊楚怀王为义帝，并以分封权将天下分为十八个诸侯国。封他为地方霸主，彭城为都城，汉王为刘邦，南郑为都城。
分封制完成后，各路军队从咸阳撤退，回到自己的国家。刘邦也率领他的军队回到了自己的国家。因为刘邦进入关中后的行动很得人心。所以他们去封州的时候，楚军和诸侯的士兵因为仰慕刘邦，就跟着几万人。汉军走后，沿途烧了栈道。一是防备诸侯盗贼的偷袭，二是向项羽表明无意东进。
当时的巴蜀是一个偏远的地区。刘邦手下的将领和士卒大多来自东方，巴蜀远离家乡。所以在西征的路上，很多将领和士卒都不想远离家乡，就在路上悄悄逃走了。韩信劝刘邦:“项羽立功勋将领为王，却在南郑称王。巴蜀自古以来就是偏僻之地，相当于流放。官兵是山东人(指函谷关)，日夜盼望着回到家乡。如果他们在这个时候使用他们的活力，他们可以做出巨大的贡献。如果他们安定下来了，那么人们就放心了，他们就不能再用了。不如现在下令东进，与诸侯争天下。”
在刘邦打算东进的时候，项羽在对付义帝。他派人把义帝迁移到陈县。在迁徙过程中，他命令英布攻打义帝，将其杀死在江南。虽然义帝在南方被杀，北方的齐国此时却发生了变故。田蓉杀死了项羽建立的齐王，自己成了齐王。他还帮助彭越在良帝造反。陈对项羽不肯自立为王很不满，于是向借兵攻打王。
这些人的反叛破坏了项羽分封的初衷，这些人的反叛又让天下再次陷入混乱。作为主持分封的项羽，绝不会允许诸侯造反，于是亲自领兵北上攻打齐国。项羽北伐齐国时，刘邦采用了张亮从新郑回关中的策略，打败了张寒、司马欣、董敏，夺回了汉中。
汉二年(前205年)，刘邦率军攻取河内，设河内郡。到达新城时，当地一位名叫董公的老人拦住了刘邦，告诉了他义帝的死因。刘邦听了这话，脱下上身衣服，哭了起来。他为义帝举行了葬礼，哀悼了三天。他派了一个使者去告诉诸侯国:“天下诸侯国共同立了一个义帝，他们都服从义帝的命令。现在项羽流放义帝，杀于江南。这是严重的违法行为。我亲自为义帝举行了葬礼，所有的王公都要穿上丧服。诸侯国将调动军队，集结士兵，南渡长江汉水，与楚杀义帝者作战。”
