秦二世二年(前208年)，项梁战败被杀，楚怀王迁都彭城(郡名，治所在今江苏铜山县)。他把部队作了一番调整，派宋义、项羽救赵，遣刘邦向西进攻关中，并与诸将约定“先入关中者王之”。刘邦率军从彭城出发，过昌邑(今山东金乡西北)，遇彭越，共同攻打秦军，战不利；听从郦食其的建议攻破陈留，获得秦积粟；继而攻略南阳，招降宛城守将，宛城以西的郡邑闻风而降，遂迅速攻入武关，于汉王元年(前206年)十月进抵灞上。此时秦朝廷又发生政变，丞相赵高杀死秦二世而立其侄儿子婴为秦王，子婴又杀赵高。子婴虽还想抵抗，但秦军屡败，不得已，只得向刘邦投降，秦朝灭亡。刘邦至咸阳，原欲住下，因听从樊哙、张良的劝谏，遂封存秦廷的重宝府库，还军灞上，以待项羽和诸侯到来再作处分。同时，刘邦宣布废除秦朝苛法，与关中父老约法三章：杀人者死，伤人及盗抵罪。关中人苦秦苛法已久，大喜过望，唯恐刘邦不为秦王。