那时候，汉军在荥阳所修运取敖仓粮食的甬道，几次被楚兵切断，汉军粮食缺乏，项羽大有围荥阳而取之的势头。为了削弱项羽的势力，刘邦曾经与郦食其商量对策。郦食其提出拥立六国贵族的后代，形成六国拥汉称霸的局面，项羽只能臣服于汉。刘邦命令郦食其刻好六国王印，派他去授印。然而，张良断然反对拥立六国的后代，认为这种做法与当时的形势不合；而且六国复立，天下豪杰将各事其主，就没有人再为汉王争夺天下。刘邦听后，下令销毁六国王印。

公元前204年4月，荥阳战局日趋紧张，楚军发动凌厉的攻势，终于把刘邦围困在荥阳城里。情况十分危急，刘邦忧心忡忡，被迫向项羽求和。他提出的条件是：荥阳以西的地盘划归刘邦，项羽不再向西进攻。但是项羽不答应，使刘邦忧心倍加。陈平建议使用反间计，分化项羽集团的上层核心，从内部瓦解楚军。陈平认为，项羽集团的上层核心，只有范增、钟离昧、龙且、周殷等人。项羽为人猜忌信谗，如果能拿出重金，离间他们的君臣关系，促使他们自相残杀，汉军就可以乘机大破楚军。刘邦采用陈平的建议，交给他黄金4万斤，让他去办理这件事。

陈平身负重托，带着重金，派人到楚营活动去了。他们散布流言说：钟离昧这些楚军将领，为项王立下了卓著的战功，却得不到分地封王的好处。他们想联合汉王，消灭项氏，然后平分他的地盘。项羽果然中计，对钟离昧等将领大加怀疑。

项羽疑心重重，竟派使者去汉营，想探听个究竟。为此，陈平特设丰盛的宴席款待，等到一见项羽的使者，用故作惊讶的神态说：“我以为是亚父（范增）的使者，原来是楚王派来的使者！”说罢，立即撤去宴席，换上粗简的饭菜。使者回去如实报告，项羽更加怀疑范增通敌。范增建议急速攻取荥阳，项羽不信，也不肯采纳他的意见。范增知道项羽对他怀有疑心，不禁怒火中烧，对项羽说：“天下的大事已经定局，你自己干去，我希望把这副老骨头送回老家去！”范增离开荥阳，因背发毒疮，病死在途中。项羽自恃勇力，刚愎自用，加以好忌信谗，终于把仅有的一个谋士也气走了。

汉军巧用反间计，分化瓦解楚军上层核心，然而荥阳并未解围。于是，汉将纪信设谋欺骗楚军，使刘邦一行逃离荥阳。

一天夜里，陈平打开荥阳东门，放出2 000多名妇女，都是顶盔披甲、一身汉军模样的装束。纪信乘刘邦的黄屋车，车前打着汉王的大旗，前呼后拥地出了东门。他们一路高喊：“粮食吃完了，汉王投降啦。”楚军一听，立刻欢呼起来，纷纷拥向东门观看。就在这时，刘邦乘机带着数十骑从西门逃走，只留下韩王信、周苛、魏豹、枞公等人守荥阳。项羽听说刘邦逃出城去，知道受骗，便把纪信烧死了。

刘邦逃出荥阳，开始从外线牵制楚军，使项羽疲于奔命。他经成皋入关中，在那里招集人马，准备再回荥阳。辕生建议他率军出武关，以便将楚军吸引过来，使荥阳、成皋的汉军得以休息，韩信在河北也能站稳脚跟，然后再北攻荥阳。刘邦采纳这一建议，率军南出武关，向宛县（今河南南阳）、叶县（今河南叶县西南）一带移动。项羽得知消息，果然引兵南下，刘邦坚壁不战。项羽分兵宛、叶的时候，在梁地反楚的彭越，从背后猛击项羽一拳。彭越率军渡过睢水，与项声、薛公大战下邳（今江苏邳县西南），结果薛公兵败被杀。项羽闻讯，只得命令终公守荥阳，他自己则回师东击彭越。这给汉军留下了空隙，刘邦乘虚挥师北上，击败终公，再一次占领成皋。

项羽击败彭越，得知刘邦收复成皋，只好再引兵西取荥阳，杀周苛和枞公，俘虏韩王信，包围了成皋。

刘邦从成皋北门逃出，与夏侯婴渡过黄河，来到韩信的驻地小修武（今河南获嘉县）。第二天清晨，他自称是汉王使者，闯入韩信、张耳的军帐，夺了韩信的兵权。他命令张耳留守赵国，让韩信招集一部分赵兵去攻打齐国。

刘邦夺取韩信兵权，兵复大振。这时项羽已经占领成皋，正想继续西进，刘邦派兵在巩县（今河南巩县西南）设防，阻截楚军西进的去路。

这年八月，刘邦采用郎中郑忠之策，高垒深堑，不与楚军交锋，然后派刘贾、卢绾率2万兵力，数百骑，渡过白马津（今河南滑县东北），深入楚国的腹心之地，联合彭越烧毁楚军粮草，断绝楚军的粮食供应。

接着，彭越攻城略地、连取睢阳（今河南商丘西南）、外黄（今河南兰考东南）等17城，项羽被迫再一次引兵东征。汉军采用机动灵活的战术，迫使项羽往返奔走，搞得项羽精疲力竭。

公元前203年10月，当项羽和彭越正打得难解难分的时候，刘邦发兵围攻成皋，楚将曹咎坚守不战。刘邦为了激怒曹咎，逼他出战，就派士兵在城下辱骂。曹咎忍不住了，率军渡汜水出击。这时，汉军突然发起攻击，大破楚军于汜水上，曹咎、董翳、司马欣被迫自刭。刘邦击败曹咎，引兵渡过汜水，再一次收复成皋，屯兵于广武（今河南温县东），就食敖仓积粟。刘邦夺取成皋之后，又在荥阳东击败楚将钟离昧，并将楚军紧紧包围。成皋、荥阳先后告急，项羽攻下梁地十余城，被迫从梁地赶回，两军在广武对峙数月之久。

几个月以后，楚军粮草匮乏，难以支持。项羽以烹杀刘邦的父亲相威胁，要刘邦投降，最后因项伯劝阻方罢。

楚汉相持数年，人民深受战祸之苦，连项羽本人也被拖得疲惫不堪。他表示愿与刘邦决一雌雄。刘邦回答说：“我宁可斗智，不能斗力。”楚军壮士几次出营挑战，都遭汉军射杀，刘邦不予应战。

有一次，项羽和刘邦在广武阵前对话。项羽要跟刘邦独身交锋，刘邦以“十大罪状”指责项羽，结果胸部中箭受伤。后来，刘邦因伤势严重，转移到成皋养伤。

尽管如此，刘邦在军事上已经逐步取得了主动权，楚军陷入被动挨打的困境。刘邦转移成皋之时，韩信一举破齐，给了项羽更大的压力。

自从楚汉在荥阳、成皋一线对峙，双方的争夺战就进入了旷日持久的相持阶段。刘邦在荥阳正面吸引住楚军主力，使汉军北翼的韩信，比较顺利地连取魏、赵、燕，南翼亦争取英布归汉，并举兵攻楚。南北两翼的一系列胜利，有力地支援了刘邦与项羽的对峙。但是，楚军主力集中在荥阳前线，因此楚汉两军在荥阳正面的争夺，依然十分吃紧。