沛公劉邦比項羽所率領的諸侯大軍早一個月攻入關中，秦王子嬰向沛公投降。由於項羽數十萬大軍已兵臨函谷關，勢不可當，沛公聽從部屬蕭何、張良等人意見，立子嬰為丞相；廢秦苛法與秦民「約法三章」：殺人者死，傷人及盜抵罪；收秦朝檔案圖籍；封存府庫，屯駐於咸陽以東的灞上（今西安市東灞橋區）等待項羽大軍入關。項羽聽聞沛公先入咸陽，佔據秦朝宮殿、婦女、財寶，十分震怒，立刻引軍入函谷關，屯駐戲下（今西安市東郊臨潼區，秦始皇陵及驪山附近），準備殲滅沛公，情勢非常危急。

《史記．項羽本紀》記述了沛公透過項伯求見項羽，向項羽請罪的經過，及鴻門會面時的緊張氣氛，節錄如下：
「楚左尹項伯者，項羽季父（叔父）也，素善留侯張良。張良是時從沛公，項伯乃夜馳之（之，往的意思）沛公軍，私見張良，具告以事，欲呼張良與俱去。」
「良乃入，具告沛公。沛公大驚。」（略）
「張良出，要項伯。項伯即入見沛公。沛公奉巵酒為壽（敬酒），約為婚姻，曰：“吾入關，秋毫不敢有所近，籍吏民，封府庫，而待將軍。所以遣將守關者，備他盜之出入與非常也。日夜望將軍至，豈敢反乎！願伯具言臣之不敢倍德（背叛）也。”項伯許諾。謂沛公曰：“旦日不可不蚤（早上）自來（親自來）謝項王（向項王道歉、謝罪）。”沛公曰：“諾。”於是項伯復夜去，至軍中，具以沛公言報項王。因言曰：“沛公不先破關中，公豈敢入乎？今人有大功而擊之，不義也，不如因善遇之。”項王許諾。」（略）
「沛公旦日從百餘騎來見項王，至鴻門，謝曰：“臣與將軍戮力而攻秦，將軍戰河北，臣戰河南，然不自意能先入關破秦，得復見將軍於此。今者有小人之言，令將軍與臣有郤（有誤會、有不滿）。”項王曰：“此沛公左司馬曹無傷言之；不然，籍何以至此。”項王即日因留沛公與飲。項王、項伯東嚮坐（當時禮節東向是主位）。亞父南嚮坐。亞父者，范增也。沛公北嚮坐（即北向，是地位較低的坐次），張良西嚮侍（侍即陪同）。范增數目（多次用眼神提示，即「打眼色」）項王，舉所佩玉玦以示之者三，項王默然不應。范增起，出召項莊，謂曰：“君王為人不忍，若入前為壽（敬酒），壽畢，請以劔舞，因擊沛公於坐，殺之。不者，若屬皆且為所虜。”莊則入為壽，壽畢，曰：“君王與沛公飲，軍中無以為樂，請以劔舞。”項王曰：“諾。”項莊拔劔起舞，項伯亦拔劔起舞，常以身翼蔽沛公，莊不得擊。於是張良至軍門，見樊噲。樊噲曰：“今日之事何如？”良曰：“甚急！今日項莊拔劔舞，其意常在沛公也。”噲曰：“此迫矣，臣請入，與之同命。”噲即帶劔擁盾入軍門。交戟之衞士欲止不內（古文與納同），樊噲側其盾以撞，衞士仆地，噲遂入，披帷西嚮立，瞋目視項王，頭髮上指，目眦盡裂。項王按劔而跽（挺身，警覺姿勢）曰：“客何為者？”張良曰：“沛公之參乘樊噲者也。”項王曰：“壯士，賜之巵酒（大杯酒）。”則與斗巵酒。噲拜謝，起，立而飲之。項王曰：“賜之彘肩。”則與一生彘肩。樊噲覆其盾於地，加彘肩上，拔劔切而啗之。項王曰：“壯士，能復飲乎？”樊噲曰：“臣死且不避，巵酒安足辭！夫秦王有虎狼之心，殺人如不能舉，刑人如恐不勝，天下皆叛之。懷王與諸將約曰『先破秦入咸陽者王之』。今沛公先破秦入咸陽，毫毛不敢有所近，封閉宮室，還軍霸上，以待大王來。故遣將守關者，備他盜出入與非常也。勞苦而功高如此，未有封侯之賞，而聽細說，欲誅有功之人。此亡秦之續耳，竊為大王不取也。”項王未有以應，曰：“坐。”樊噲從良坐（坐在張良旁邊）。坐須臾（不久，短時間，再坐一會），沛公起如廁，因招樊噲出。」（略）
「項王軍在鴻門下，沛公軍在霸上，相去四十里。沛公則置車騎，脫身獨騎，與樊噲、夏侯嬰、靳彊、紀信，四人持劔盾步走，從酈山下，道芷陽間行。」（略）
「沛公至軍，立誅殺曹無傷。」

這就是歷史上著名的「鴻門宴」。但鴻門宴的的幕後，就是《史記》所記那麼簡單？劉邦、樊噲一番說話，就可以消除項羽疑慮？劉邦是否在赴鴻門會見項羽之前，作過某些承諾，例如願意臣服項羽，任由項羽安排，交出所有秦地的財物等，而不見於史書記錄？

沛公在「鴻門宴」中釋除了項羽疑慮，項羽率領諸侯大軍進入咸陽，掠奪秦地財寶，燒毀秦朝宮殿，誅殺秦降王子嬰，秦朝滅亡。

滅秦之後，項羽分配反秦勝利的成果，恢復戰國時列國分立的局面，按功勞大小、關係親疏，分封十八個諸侯王，而自己自封為「西楚霸王」。戰國時期有七大強國，即所謂「戰國七雄」，而項羽分封十八王，是將原本七雄分拆，例如原本的齊國分為齊、濟北、膠東三國，原有的齊王被封為偏遠的膠東王；原本的趙國分為常山、代兩國；原本的燕國分為燕、遼東兩國；原本的魏國分為西魏、殷兩國；原本的秦國分為雍、塞、翟、漢四國，沛公封為漢王，領地是邊境的漢中、巴、蜀三郡（今陝西省南部及四川省、重慶市，當時仍是交通不便的邊疆）而雍王章邯、塞王司馬欣、翟王董翳都是秦降將，分治秦國腹心之地關中，目的是監視漢王劉邦，阻止他北出中原。原本的楚國分為西楚、九江、衡山、臨江四國，項羽自封西楚霸王，獨領九郡，定都彭城。此外，有河南、韓兩國封地較小。而反秦名義領袖楚懷王熊心被尊崇為「義帝」，送到南方偏遠的郴（今湖南省南部郴州市）。分封完成，各路諸侯各自率領部屬，攜帶所得財寶，退兵返回封國。