项羽既定河北，率诸侯兵趋关中。项羽恐秦降卒“其心不服，至关中不听”，命楚军夜间击坑秦降卒二十余万于新安（河南渑池东）城南。项羽军进到函谷关时，刘邦已亡秦并派兵守关，项羽大怒，破关而入。十二月进至戏（陕西临潼东），有兵四十万，号称百万，屯新丰鸿门（陕西临潼东北）。
这时刘邦兵十万，屯霸上，范增认为刘邦“志不在小”，说项羽“急击勿失”，项羽的叔父项伯受张良之托对项羽说：刘邦破关中有功，击之不义，“不如因善遇之。”项羽认为有理。刘邦自知兵力悬殊，不敢与项羽相抗，次日到鸿门向项羽谢罪。项羽宽恕了刘邦。
数日后，项羽引兵西进，“屠咸阳，杀秦降王子婴，烧秦宫室，火三月不灭；收其货宝、妇女而东，秦民大失望。”
项羽杀秦王子婴后，“政由羽出，号为霸王”。二月，项羽“分天下王诸将，自立为西楚霸王，辖梁、楚九郡，建都彭城；巴蜀道险，立刘邦为汉王，辖巴、蜀、汉中；立章邯为雍王，辖咸阳以西；立司马欣为塞王，辖咸阳以东，至黄河；立董翳为翟王，辖上郡；此三王均秦降将，立此三王的目的，是堵塞刘邦东归之路；此外，还封了一些诸侯，共计十八诸侯王。
对建都地点，韩生曾建议：“关中阻山河四塞，地肥饶，可都以霸。”而项羽却欲东归故地，认为：“富贵不归故乡，如衣锦夜行，谁知之者？”项羽不但不听韩生的建议，还因韩生讽刺他是“沐猴而冠”，竟烹了韩生。
对项羽的分封，诸侯王多不平，认为项羽“尽王故王于丑地。而王其群臣诸将善地，逐其故主”。不仅刘邦因项羽破坏楚怀王“先入定关中者王之”的约定而愤恨不已，改封丑地的故王，不得封王的田荣、陈余等也都愤愤不平。项羽立章邯、司马欣、董翳为三秦王。正如韩信所说：“项王诈坑秦降卒二十余万，惟邯、欣、翳得脱”。“秦父兄怨此三人，痛入骨髓。”
项羽裂土封王是政治上的重大错误，春秋战国时代，诸将并立，称霸称雄，战乱不止，阻碍了生产的发展和文化、经济的交流，给人民带来极大的苦难。秦始皇并吞六国，统一天下，废诸侯、置郡县，建立起一个统一的、封建专制的中央集权国家，是顺应社会发展趋势的。项羽掌握了支配天下的大权后，不建立统一的封建中央集权国家，不继承秦代有进步意义的改革措施，使天下仍回复到诸侯并立，大国称霸的格局，实在是倒行逆施，树敌招乱，使已经形成的强大力量自行瓦解。
建都，是个重大战略问题，关中土地肥沃，生产发达，地形险固，可以“阻三面而守，独以一面东制诸侯”；“此亦（扼）天下之亢（咽喉）而拊（击）其背也。”可惜项羽缺乏战略眼光，竟一把火烧了阿房宫，为了富贵还乡而建都彭城。彭城经济条件远不如关中、巴蜀，而且是四战之地，无险可守。后来田荣反于齐，刘邦还定三秦，很快陷入两面作战，彭越几次袭扰彭城，使项羽不得不在荥阳、彭城间疲于奔命，与彭城无险可守都是密切相关的。所以，建都彭城是项羽在战略上的重大失策。
至于鸿门宴上项羽不杀刘邦是不是一个重大错误，像范增说：“竖子不足以谋！夺将军天下者，必沛公也。”笔者以为项羽不杀刘邦，并非后来失败的主要原因，主要原因是“所过残灭”，裂土封王和缺乏战略眼光。范增过分夸大个人作用的观点是不够全面的。