終于，秦朝集結兵力反擊。章邯率領秦朝大軍，乘機奇襲，大敗楚軍于定陶。
由于身邊護衛的怠慢，項梁不幸在此戰役中被秦兵斬殺了。
項羽和劉邦的軍隊，攻破城陽，追趕秦兵，攻占濮陽(河南省濮陽南)、雍丘(河南省杞縣)，進擊至陳留內部。
在戰場上，項羽極為勇猛善戰，經常率先攻入敵陣，如虎入羊群一般，眼看著就要攻入秦都咸陽了。
項梁戰死的噩耗，很快地傳到項羽的耳里。項羽和劉邦認為這對士氣影響很大，于是忍著淚，撤回軍隊。
他們後退到左邊的彭城(江蘇省徐州)。項羽在彭城之北，呂臣在彭城之東，劉邦在碭(安徽省碭山南)布陣據守，養精蓄銳，等待時機。
秦將章邯看出楚軍不足以為憂，突然改變方向，轉攻北邊的趙。
在盱眙的懷王，驚聞項梁的死訊，連忙遷都彭城。
楚軍集結于彭城，以懷王為首，正在商討反擊的對策，忽然從趙飛來了快馬來報：
“巨鹿城被章邯的三十萬大軍包圍了，危在旦夕，迫切需要援軍!”
這時趙歇為趙王。當秦軍攻打首都信都(河北省邢台西南)時，趙王帶著宰相張耳與少數兵士逃到巨鹿城；另一方面，由將軍陳余率領數萬兵卒鎮守巨鹿北邊，這就是史稱的“河北軍”。
秦將章邯將三十萬大軍分為兩支。一支由部將王離、涉間和蘇角帶領，包圍巨鹿城；自己則率著另一支部隊，守護軍隊的糧食補給線，並准備截斷趙的援軍。
當時戰爭的勝敗，和近代戰爭不同，誰先斬下敵將的首級，誰就獲勝。或是截斷敵軍的軍糧補給線，迫使對方投降。這種動員幾萬甚至幾十萬人力的軍隊，如果大將被殺，便會群龍無首而潰不成軍。
章邯知道趙王歇和宰相張耳守在巨鹿城里，因而並不急于和趙軍一決勝負，而采取斷糧的策略。
巨鹿的糧食逐漸缺乏，張耳再三地想派陳余出兵誘敵，但陳余卻按兵不動。陳余知道自己的軍力薄弱，絕非秦軍的對手，所以一直觀望不前。張耳非常氣憤，于是派張超和陳澤去責備陳余。
張耳和陳余同為魏國大梁(河南省開封)人，過去一直是知心的好友。但自從這件事以來，兩人之間感情完全決裂，並互相敵視。
張耳知道陳余不肯伸援手，于是轉而派遣快馬，請求齊、燕、楚等諸侯的援助。
在楚地的懷王，立即召開會議商討對策。因為如果趙國打敗的話，章邯的軍隊可能進擊彭城，情勢十分危急。
這時，范增進言：
“應該立即派遣援軍救趙!”
懷王于是封宋義為上將軍，封項羽為魯公，並任命他為次將，而范增則當末將，組成救援軍去解救趙的困境。另一方面要劉邦率軍向西攻打秦都咸陽。
在出發之前，懷王召集諸侯，對他們說：“誰最先進入咸陽，平定關中地方，誰就是關中王。”
他希望各將都能信守這個約束。
關中是指函谷關(河南省靈寶西南)以西的渭水盆地，秦都咸陽就在關中的中心位置。盆地和周圍的地形，形成了天然的屏障，那兒土地肥沃，是我國文化極發達的地方之一，古時有“金城千里，天府之國”之稱。
得關中，便制天下。
聽了懷王的承諾，諸將都奮勇地全力以赴。
其中只有項羽非常不服氣。他無法忘懷叔父項梁被秦所殺的仇恨，他下定決心要親手滅秦。但現在自己卻被編入救援軍，而劉邦卻得幸被派往關中。
項羽對懷王的分配極力表示不滿，再三要求能和劉邦一起進擊關中。
他的這種態度，使得懷王和在座的諸將都感到極為不安。
在項梁還沒被殺之前，曾命令項羽攻打襄城(河南省襄城)。襄城的守衛固若金湯，項羽久攻不克，經過了接二連三的惡戰苦斗，好不容易才能把襄城攻下。
他攻入襄城後，便活埋襄城的敵軍和當地的居民。後來，他對于頑強的抵抗者，一律革殺，毫不寬容。他的這種作風，逐漸暴露了他暴虐的本性。
懷王和諸將最害怕的就是這一點。如果把先頭部隊交給項羽，民眾心里一定很不服氣。所以，不願項羽加入攻秦的軍隊，是大家一致的見解。
懷王未答應項羽的請求，項羽只得率軍北上援救巨鹿城。
公元前208年閏九月，項羽和劉邦的咸陽爭奪戰在聯合抗秦的旗幟下揭開了序幕。
由彭城出發，前往巨鹿的宋義和項羽的援軍，不久到達了安陽(山東省曹縣東)，但上將軍宋義卻在安陽駐兵不動。經過了四十多天，糧食逐漸缺乏，士兵們開始不滿，其中尤以項羽最為憤怒。他質問宋義說：
“巨鹿城現在就像風雨中的燈燭一般，我們為什麼反而把援軍留在安陽不動呢?請快發布攻擊的命令吧!”