秦末农民大起义推翻秦王朝反动统治后，政治形势发生了重大而急剧的变化，这就是起义军首领项羽和刘邦为争夺统治权而展开长期战争，历史由此进入了楚汉相争的时期。楚汉战争初期，刘邦处于劣势地位。但他富有政治远见，注意争取民心，招揽军政人才，因而在政治上据有主动地位。在军事活动方面，刘邦善于运用谋略，巧妙利用矛盾，做到示形隐真，乘项羽东进镇压田荣反楚之际，暗渡陈仓，占领战略要地关中地区。尔后又联络诸侯军56万袭占彭城，端了项羽的老窝，成为项羽强有力的对手。
然而在袭占彭城之后，刘邦满足于表面上的胜利，置酒作乐，疏于戒备。而项羽一接到彭城失陷的消息，即亲率精兵3万从齐地赶回，乘刘邦毫无戒备的时机，发起进攻，夺回彭城。刘邦溃不成军，仅带骑兵数十名狼狈逃脱，自己的父亲和妻子吕雉也成了项羽的阶下之囚。
彭城之战使刘邦主力遭到歼灭性的打击，楚军乘胜实施战略追击，一些原来追随’刘邦的诸侯这时见风使舵，纷纷背汉投楚，形势对刘邦来说殊为严峻。不过刘邦毕竟是一位强者：为了扭转不利的战局，改变楚强汉弱的态势，他果断采纳谋士张良等人的正确建议。在政治上争取同项羽有矛盾的英布，重用部下彭越、韩信，团结内部力量；在军事上制定据关中为根本，以正面坚持为主，敌后袭扰和南北两翼牵制为辅的对楚作战方针，并一一予以实施。
汉高帝二年（前205年）五月，刘邦退到荥阳一线收集残部。这时，刘邦的部下萧何在关中征到大批兵员补充前线，韩信也带部队赶来与刘邦会合。刘邦的汉军得到休整补充后，实力复振，将楚军成功地遏阻于荥阳以东地区，暂时稳定了战局。荥阳及其西面的成皋，南屏嵩山，北临河水（黄河），汜水纵流其间，为洛阳的门户，入函谷关（今河南灵宝东北）的咽喉，战略地位十分重要。自五月起，汉、楚两军为争夺该地展开了一场旷日持久的战争。
交战初，刘邦即按照张良制定的谋略，实施正面坚持、敌后袭扰和翼侧牵制的作战部署，以政治配合军事，以进攻辅助防御，游说英布倒戈，从南面牵制项羽；派遣韩信破魏，保障翼侧安全；联络彭越，袭扰项羽后方，从而有力地迟滞了项羽的进攻。同时刘邦让萧何治理关中、巴蜀，巩固后方战略基地，转运粮食兵员，支援前线作战；还采纳陈平的计谋，派遣间谍进行活动，分化瓦解楚军。
刘邦的这些措施虽然起到了牵制楚军、巩固后方的积极作用，但是正面战场的形势依然不怎么乐观。项羽看到刘邦的势力有增无减，十分不安，便于次年春调动楚军主力加紧进攻荥阳、成皋，并多次派兵切断汉军的粮道，使刘邦的部队在补给上发生很大的困难。五月间，项羽大军进逼荥阳，刘邦内乏继粮，外无援兵，情势日趋危急。刘邦采纳张良的缓兵之计，派出使臣向项羽求和，表示愿以荥阳为界，以西属汉，以东归楚，但遭到项羽的断然拒绝。刘邦无奈之下，只得采纳将军纪信的计策，由纪信假扮作刘邦，驱车簇拥出荥阳东门，诈言城中食尽，汉王出降，蒙骗项羽，而自己则乘机从荥阳西门逃奔成皋。项羽发现自己受骗上当后勃然大怒，烧死纪信，率兵追击刘邦，很快攻下了成皋，刘邦仓皇逃回关中。
刘邦从关中征集到一批兵员，打算再夺成皋。谋士辕生认为这不是善策，建议刘邦派兵出武关（今陕西商南东南），调动楚军南下，减轻荥阳守军的压力。同时，让韩信加紧经营北方战场，迫使楚军分散兵力。刘邦欣然采纳这一计策，率军经武关出宛（今河南南阳）、叶（今河南叶县）之间，与英布配合展开攻势。与此同时，韩信也率部由赵地南下，直抵黄河北岸，与刘邦及荥阳汉军互相策应。汉军的行动果然调动了项羽的南下。这时刘邦却又转攻为守，避免同楚军进行决战，而让彭越加强对楚后方的袭击，彭越不失所望，进展迅速，攻占了要地下邳（今江苏睢宁西北），直接给楚都彭城造成威胁。项羽首尾不能兼顾，被迫回师东击彭越，刘邦乘机收复了成皋。
六月，项羽击退彭越后，立即回师西进，对刘邦发动第二次进攻，攻占荥阳，再夺成皋，并继续西进，抵达今河南巩县一带。刘邦仓猝北渡黄河，逃到小修武（今河南获嘉东），在那里他征调到韩信的大部分部队，以支撑危局，增强正面的防御。刘邦深知项羽的厉害，这时便命汉军一部拒守于巩（今河南巩县西南），一部屯驻小修武，深沟高垒，不与楚军交锋。同时，派韩信组建新军东向击齐，继续开辟北方战场。又命刘贾率领2万人马从白马津（今河南滑县北，旧黄河渡口）渡河，深入楚地，协助彭越，扰乱楚军后方，截断楚军粮道。彭越得到刘贾这支生力军的支援，很快攻占了睢阳（今河南商丘南）、外黄（今河南杞县东北）等17座城池。彭越、韩信的军事行动，给项羽侧背造成严重的威胁，迫使项羽在九月间停止正面战场的攻势，再次回师攻打彭越。项羽临行前，告诫成皋守将曹咎说：小心坚守成皋，即使汉军挑战，也千万不要出击，只要能阻止汉军东进，我15天内一定击败彭越，然后再与将军会师。项羽很快收复了17座城池，但没有能够消灭彭越的游军，它继续在威胁楚军的后方。
汉高帝四年（公元前203年）十月，刘邦听取谋士郦食其的建议，乘项羽东去之机，反攻成皋。守将曹咎开始还遵照项羽的告诫，坚守不出，但是经不起汉军连日的辱骂和挑战，一怒之下，率军出击。刘邦见激将法奏效，便运用半渡击之的战法，大破曹咎所部楚军于汜水之上，曹咎兵败自杀，汉军乘机再夺成皋，并乘胜推进到广武（今荥阳东北）一线，收敖仓积栗以充军用，并在荥阳以东包围了楚将钟离昧部。
项羽听到成皋失守，大惊失色，急忙由睢阳带领主力返回，同汉军争夺成皋，与汉军对峙于广武，欲与刘邦决一雌雄。可是汉军依据险要地形，坚守不战。双方对峙数月，项羽无计可施。这时适逢韩信攻占临淄，齐地战事吃紧，项羽不得已只好派龙且带兵20万前往救齐，这就更加减弱了正面战场的进攻力量。到了十一月，韩信在潍水全歼了龙且的部队，平定齐国，使项羽的处境更趋困难。几个月后，楚军粮食缺乏，既不能进，又不能退，白白地消耗了力量，完全陷入了被动。
这时，汉军韩信部已经破魏、破赵、降燕、平定三齐，占领了楚的东方和北方的大部分地区，完成了对楚的战略包围。彭越的游军则不断扰乱楚军后方，攻占了昌邑（今山东金乡西）等20多座城池，并多次截断楚军的补给线。项羽腹背受敌，丧失了主动，陷于一筹莫展的境地。双方强弱形势已发生根本的变化。项羽见大势尽去，遂被迫与刘邦议和，以鸿沟为界，中分天下，尔后引兵东归。成皋之战以汉胜楚败而告终。
成皋之战历时两年又四个月，双方共投入百万以上兵力。刘邦及其谋臣始终注意政治、军事、外交的配合，主战场与次战场的呼应，前方与后方的协调，将正面相持、翼侧迂回和后方袭扰结合起来，调动、疲惫、削弱强敌，经反复搏斗，终于完全改变了力量对比，为灭楚兴汉奠定了坚实的基础。
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