汉王览毕大惊，问群臣曰：“事当从何？”子房奏曰：“大王勿虑，臣愿为使，往齐宣韩信并诸将到来，可以决战。”王甚喜，即遣子房持宣出城，前至齐国。韩信接见礼毕，设宴子房。座间谓信曰：“汉王昨至城毕，与楚两阵俱败，今楚王复下战书，此敌非小，实欺汉无人也。吾奉王命特来与公商议，大王若何？”信闻之大怒曰：“叵耐重瞳贼，吾必奉命往擒之。”宴罢遂即点集将校军马二十万，前至城皋。信与子房并马入城。汉王召见，施礼毕，王曰：“挟师劳神不易。”信曰：“皆赖我王洪福。”王请信赐坐，具说楚王之事。信曰：“大王勿虑。臣虽不才，赖王威命，必须破楚。”话间人报梁王彭越、九江王英布及六国诸侯军马俱到。汉王大悦，悉皆召至，见礼而退。次日韩信奏曰：“臣奉我王命用计破楚，臣有一言奏上，乞王恕臣万死。”王曰：“卿有何事但言。”信曰：“臣假各国诸侯俱于臣手听调，楚可灭矣。”王曰：“除吾之外，尽属元帅指挥。”信谢恩，即时升帐传令天下诸路军马，先将军数开报，以便调遣。查点之后，诸侯及各各将校俱于帐下伺侯听令。临阵之际，所用旗幡、器械，悉宜准备，勿得有违。是日互相告报籍计：大梁王军一十五万，九江王军一十五万，陆贾军一十九万，卢绾军一十万，燕王军一十五万，赵王军一十五万，南越军一十五万，汉王御林军四十万，齐王本部下军二十万，总一百五十余万。诸将俱来报数，听候分调。信请子房、彭越上帐共议，指九里山为垓心。东至定国山，南至凤凰山，北至大河，四下八方，随高就低，山谷涧道，各因势埋伏二十四处。令樊哙于九里山上摇旗。时分拨已定，号令诸将曰：“吾布此阵，定要擒灭楚王，以定汉王天下，尔诸将于各所分地面，务宜用心，奋力围住楚军，如有拿获项王者，另有重赏；若敢怠慢军情，走脱项王者，不论诸侯、大将，枭首为令。”信号令毕，诸将唯诺一声，震动天地，汉王群臣莫不惊骇。
后人有诗叹曰：
法令不严军懈怠，威权忒重主惊疑。
为臣此际当何处，最要扪心三复思。
当下诸将得令，悉领本部军马照各所分地面埋伏去讫。且说楚王自遣战书之后，远近令人哨探。是日人报汉王召集军马一百五十余万，以韩信为大元帅，即日军至徐州。楚王闻言，随引五十万大军出徐州之南下寨。次日汉王韩信军至，楚汉两下摆开阵势。当先韩信出马，楚王骂曰：“尔乃穷酸饿莩，敢与吾战？”信与交马数合便回。楚王怒追数十里，正逢汉王。楚王大骂曰：“刘邦，尔真匹夫也。”言毕直取汉王。汉王回马飞跑。楚王恨甚，迳追不舍，直至九里山；又逢韩信军兵拦住，楚王曰：“胯夫还敢对战。”拍马交锋，三军混杀。须臾信引军退，楚王听知乐声嘹亮，问是何处？左右曰：“汉王在九里山上饮宴，故令韩信与大王相战。”楚王愈怒，直至山前。信于山上望曰：“项羽已入死地，如鱼吞钓，似鸟投笼矣。”急令樊哙摇动令旗，四下八方埋伏齐起，弓弩乱发，金鼓震天。楚王引军死战，不能得出，困于垓心。只见四面军兵重重围里，旌旗闭日，皂白不分，楚王大怒，进退无门，人困马乏。韩信传令如各地面，走脱楚王者即斩。众军畏惧，尽皆竭力而杀。信又遣彭越日夜恼楚。楚军困在垓心二昼夜，将士无食。楚王命十将分兵八队与汉兵冲敌。楚将终日乏食无力，杀伤大半，活捉项庄、项伯押见汉王。王恨项庄鸿门之仇，喝令斩讫。项伯乞降，汉王赐伯姓刘，封为射阳侯。
后人有诗讥项伯日：
项裔缘何可易刘，贪生苟免受封侯。
忠诚异姓犹全义，何独愚夫不识羞。
汉王令人召楚王归降，楚王怒曰：“吾已称王号帝，岂为汉王手下之臣，大丈夫宁死不辱。”遂奋勇冲阵。争奈汉兵围把紧密，犹如铁桶，安能出得？汉王曰：“楚王骁勇，虽困垓心，不能擒之。”信曰：“中有八千子弟兵，亦须以计除之。”子房谓王曰：“臣有一计，使楚军自散。楚王独力难以当汉之众，方可擒之。”汉王韩信大喜。子房乃于山上高处吹铁笛作楚歌声，楚军闻者悉皆伤感。 歌日：
飒飒寒风九月天，家乡撇却十余年。父母老来谁侍养，只于塞上寂无言。边城凋洒夕阳暮，孤雁声声叫归去。代马由来嘶北风，越鸟巢南君不顾。楚之声楚之曲，汉臣能吹五音律。相哀分明道子归，远处其待五更促。人身皆从父母生，长大须从父母育。惜似宝珠爱似珍，三年乳哺无抛掷。艰辛养成六尺躯，指望图谋成家计。父母老来皓首时……
不伤悲切，泪如雨下。仰望只见银河耿耿，凉月辉辉，四野茫然，亲人何在，魂销肠断，个个思乡。遂各弃甲抛戈，奔逃散去。子房传令军中，任从楚军逃走，不得阻挡，因此八千子弟兵并无一人在营，众军陆续皆散。
胡曾先生有诗曰：
拔山力尽霸图隳，倚剑空歌不逝骓。
明月满空天似水，那堪回首别虞姬？
楚王独奔乌江自刎
当下楚王在营亦闻歌声，凄惨恻然伤心，随仗剑出帐巡视各营。见军卒逃散将尽，跌足垂泪，仰天叹曰：“皇天负我。”欲单骑冲阵而出，又思吾力虽可自保，帐中却有虞姬，何忍抛弃。乃回帐辞别而出，虞姬亦出帐垂泪而言日： “如之奈何？”王曰：“非吾战阵之失，乃天不佑吾。”言讫，作歌一首。歌日：
力拔山兮气盖世，
时不利兮骓不逝，
虞兮虞兮奈尔何。
虞姬亦作歌一首。歌日：
妾心有兮匪石，
此情坚兮洁白，
素怀怅兮明皓月，
庸人随兮归不得，
大王去兮自努力。
楚王听毕，切切凄凄。忽闻帐中人语，步入视之，乃是桓楚引军夜巡还营。王谓桓楚曰：“非吾战斗之罪，天亡我也。”将士闻之相对而泣。楚王再觑虞姬，弃恋两难。有诗日：
欲别虞姬两泪垂，项王征战失军机。
鸿门若听谋臣计，不到垓心有别离。
又日：
惜爵印腕手，谁人肯为晋。
重瞳空似舜，三杰已归刘。
垓下军心变，江东旺气休。
两行英雄泪，空对妇人流。
虞姬泣曰：“大王已去，妾身若何？”楚王曰：“吾观刘邦酒色之徒，必不杀尔。”说罢上马欲行，回首又嘱咐虞姬曰：“尔善事汉王。”虞姬曰：“请大王宝剑。”楚王以剑付之。虞姬拔剑自刎而死。
苏东坡有诗叹日：
妾本江东妇，随君已数年。
娥眉双宛转，云鬓两蝉娟。
玉貌倾城色，花容西楚怜。
今朝垓下别，刎首落君前。
楚王见姬刎死，心甚不忍，大哭一场。引数百余骑上马往正南冲阵而出，被汉军截为两路。楚王不救后军，急望前走。又逢张耳，交战数合，杀退张耳。前进又逢英布、彭越、陈豨三将混战，楚王奋勇出阵。又逢吴芮大军拦路，厮杀得出，行数十里，从骑只有三百余人。桓楚等皆死于乱军。楚王甚是痛惜，至前又遇樊哙，战不数合，樊哙败走。楚王回顾从骑不满百人。奔至阴陵，迷踪失路，乃长叹曰：“神天胡不佑吾！”徘徊四顾，忽见前有田夫。田夫视之曰：“莫非项王乎？”王曰：“是也。”田夫曰：“尔自思之，自尔为君，征战五载，天下农不得耕，女不得织。今困垓心，乃逃至此。”王问曰：“欲回江东，从何而去？”田夫不答，王欲斩之。田夫乃望左手一指。王急依所指便行，不觉陷入大泽淤泥之中，王大怒曰：“叵耐田夫，故赚吾于此。”正犹豫间，又闻金鼓之声，伏兵并起，当先一员大将。楚王问曰：“尔何人也？”将曰：“吾乃杨喜。”楚王告曰：“吾今人困马乏，尔若从吾，异日重报。”喜曰：“休得乱言，吾奉汉王命来取尔首。”楚王大怒，拍马一跃而起，遂刺杨喜于马下。楚王杀散众军，纵马而行，至前下马歇息，从军尚有二十余骑。王与从军曰：“若到江东再措大军来报汉仇。”从军然之。天明引军前行，又听得喊声齐起，慌忙奔至潢山，从兵向高阜处观望，见汉兵重重围匝数里，说与楚王。王叹曰：“诚然天亡我也！”有诗日：
英雄盖世复刚强，暴虐贪残号霸王。
八千楚歌兵散后，声声嗟叹是天亡。