话说汉王因和议成就，项王已归，亦欲罢兵西回关中。张良、陈乎一同谏道：“现在天下土地我已得了三分之二，又有燕、齐、赵诸国皆来归服，势力正强。项王兵少粮尽，穷乏无助，此乃天亡楚国之时！不趁此时进兵剿灭，任其回去，真无异养虎贻患！”汉王闻言，大悟，决定进攻。先遣使者分头往约齐王韩信、魏相国彭越，各起兵前来接应，定期会合三路军队，夹击楚兵。又命刘贾领兵助英布，往取九江。布置已定，汉五年冬十月，汉王自率大兵往追项王。
此时，项王去已多日，汉兵一路追赶，直到固陵，与楚兵相离不远，立下营寨。项王闻汉王背约来追，心中大怒！立命回兵迎敌。汉王原约韩信、彭越领兵来会，此时追及楚兵，屈指一算，期限已过，两路兵仍不见到来，只得独自出兵接战。当日，两边排成阵势，项王出马，大骂汉王：“不顾信义，反复无常！”汉王不答，挥兵杀进，彼此大战一阵。项王因恨汉王无信，怒不可遏，勇气比常百倍，匹马当先，冲入汉军。汉兵将士见了项王，皆有惧色，抵敌不住，一齐大败。汉王率领败兵退回营中，坚守不出。
汉王对张良说道：“齐、魏两处不肯从命，为之奈何？！”张良道：“楚兵不日可破，韩信、彭越二人因未得大王分与地方，所以不至。韩信前此立为齐王，乃由自己请命，非出大王本意，其心自觉不安。且其家在楚，亦欲得其故乡之地。彭越本来定有梁地，大王因为魏豹之故，拜之为魏相国。今魏豹已死，彭越亦望为王，而大王不早立之，未免心中缺望。现在大王若能将雎阳以北直至谷城，封与彭越，再将由陈以东至海之地，许与韩信，此本皆楚国之地，大王许与二人，使之各自为战，则楚兵易破矣！”汉王依言，复遣使者前往齐、魏，告知分地之事。韩信、彭越二人闻言，果皆大喜！立即应允引兵前来。项王虽然胜了汉兵一阵，却因粮食不足，一路缓缓退兵。汉王引兵随后追赶，恰遇韩信、彭越领兵到了，与汉王会合一处。又值英布、刘贾说降楚大司马周殷，平定九江，亦引兵前来接应。
十二月，项王兵至垓下，汉兵四路云集，项王全然不惧，激励将士，预备一战。此时，项王部下将士共有十万人，汉兵全数不下三十万人。汉王命韩信为大将，各路军队皆归节制。韩信分军为三，使将军孔熙领兵为左翼，将军陈贺领兵为右翼，自率诸将为中军。又使将军周勃、柴武领兵为后队，保护汉王。韩信分派已定，人报：“项王自引大军前来搦战！”韩信传令：“左右两翼，按兵不动，但看我兵退走，敌人来追，便一齐出兵，从后击之。”
韩信自率中军出营迎敌，两阵对圆。起初，距离尚远，各用长枪、硬弩向前射击。后来，愈战愈近，便是短兵相接。楚兵人人奋勇，汉兵个个争先。但见烟尘涨天，喊声动地。此一场恶战，直杀了两个时辰，未分胜负！项王杀得性起，抖擞威风，大喝一声，匹马陷阵，楚军随后如潮涌进。汉兵渐渐不能抵敌，韩信传令退军，项王引众赶来。孔熙、陈贺见楚兵追赶韩信，各率大队人马从后夹攻，项王急回兵迎敌。此时，楚兵苦战许久，人疲马乏，却遇两支生力军，已是不支。更兼韩信回兵接应，遂杀得楚兵大败。
项王急收集败残兵士，退回营中，计点人马，已折了一半。韩信得胜而回，分拨将士，四面安营，将楚军围了数重。张良又令随军楚人，分教各营兵士唱起楚歌，以乱其军心。项王在围中，自念兵卒寡少，粮食将尽，筹思无策。到得晚间，辗转床上，不能成寐。遂独自出帐，走到营前散步。忽听得远远唱歌之声，四处响应，心知出在汉营。便侧耳细听，字字清晰，暗自惊讶道：“此岂不是楚歌，难道楚地都被汉人占得？所以汉营兵士方有许多楚人，似此如何是好！？”项王郁郁不乐，回到帐中，吩咐左右取出酒肴，小饮解闷。
原来，项王有一美人，姓虞，人都称为虞姬，平日甚得宠幸，随在军中。又有一匹骏马，名骓，临阵常骑，最所心爱。项王饮酒中间，想起自己一生，东征西讨，所向无敌，威震天下，创成霸业。谁知到了今日，身困重围，水穷山尽。自料力竭惟有一死，但念到美人、骏马，未免多情，如何舍得！项王此时满腔怨愤，心绪如潮，觉得有许多言语，口中却说不出。因作一诗寄意，其诗道：
力拔山兮气盖世，时不利兮骓不逝。
骓不逝令可奈何，虞兮虞令奈若何！
项王诗成，朗吟数过。虞姬在旁见诗，知得项王之意，因亦口吟一诗，和道：
汉兵已掠地，四方楚歌声。
大王意气尽，贱妾何聊生！
项王闻虞姬和诗，声情凄咽，不觉心伤，流下数行眼泪。左右侍者见此情形，尽皆痛哭失声。再看虞姬，早已转面悲啼，泪痕满袖。停了片刻，虞姬收泪，向项王说道：“大王自己保重，贱妾不能相随，早寻一死，免被汉兵凌辱！”说罢，拔起佩剑，自刎而死。
项王见虞姬自刎，急待救时，已来不及。大哭一场，命左右就军中挖一土坑，将尸埋葬。至今安徽定远县南六十里，尚有虞姬之墓，坟高六丈，土人冬为“嗟虞墩”。后人因怜虞姬贞烈，谱成词曲，歌咏其事。所以曲谱中有“虞美人”一调。又相传楚地生有一种香草，花叶两两相对，人若向之唱“虞美人”曲，此草便应声自舞，因又名之为“虞美人草”。清人谢启昆有诗咏虞姬道：
八千子弟失江东，止有虞兮效始终。
死共乌骓埋骏骨，生怜红粉是英雄。
花间名字留芳体，帐下悲歌泣晓风。
若使当年成帝业，宁同吕雉祸深宫。
项王见虞姬既死，自念：“我若坐困此间，矢尽粮竭，束手受缚，岂不丧了一世英名！殊属不值。不如趁早杀出围去，若能回到江东，再行起兵报仇，固为上策。否则，惟有力战而死，也算死得轰轰烈烈！”主意既定，便想趁着黑夜，正好走路。遂即披挂上马，就帐下挑选壮士八百余人，骑马相随。撇下大队将士，一径出营而去。
此时已是四更向尽，又值十二月天气，霜华一白，北风甚紧。项王冒寒前进，将近汉营，遥望灯火全无，刁斗不鸣，知是将士睡熟。项于率同部下，悄悄过去，一连过了数个营寨，均未被汉兵发觉。到得天色平明，项王已出重围，汉营中始有人起来。远望一簇人马，向南而行。定睛一看，认出楚兵服色，知是项王逃走，连忙报知韩信。韩信闻说项王在数十万军中从容脱走，神不知，鬼不觉，大为惊骇！急命灌婴率领马兵五千往追。灌婴奉命，立即领兵起行，项王去得已远。未知项王此去能否逃脱，且听下回分解。