秦朝滅亡陳勝起義雖被鎮壓，但它播下的火種卻還在迅速燃燒，不久，其他各路義軍匯在一起，形成了更大的反秦高潮。陳勝失利撤出陳城時，他的部下召平正在奉命攻打廣陵(今江蘇揚州)，召平知道局勢有變，馬上渡江，假借陳王的命令封在會稽起義的首領項梁為上柱國，讓他迅速西進，迎戰秦軍。
項梁、項羽率8000子弟渡江，在東陽遇到了陳嬰，陳嬰當時已擁有一支兩萬人的部隊，他主動說服部下服從項梁指揮。項梁一路西下，渡淮後又接納了英布、呂臣和蒲將軍所領導的義軍，當來到下邳(今江蘇邳縣境內)時，部332隊已發展到六七萬人，成了一支強有力的反秦武裝，項梁項羽趁機攻下薛城(今山東滕州境內)，暫時駐紮了下來。
當時盤踞在彭城(今江蘇徐州)的原陳勝的部下秦嘉，不顧張楚政權的危難，競擅自立故楚國貴族景駒為楚王，並企圖用兵阻止項梁大軍的西上。項梁嚴正指出秦嘉立景駒背叛陳王，大道不道，於是率軍攻擊秦嘉，追到胡陵(今江蘇沛縣境內)，秦嘉、最駒戰敗而死，其軍歸降。項梁收編秦嘉餘部之後，正遇秦將章邯來侵，項梁遂派別將朱雞石、餘樊君率兵禦敵，兩軍戰於粟縣(今河南夏邑)，餘樊戰死，朱雞石逃至胡陵，後被項梁按軍法處死。
劉邦在沛縣起義後，在蕭何、曹參、樊噲的幫助下，發展也很快，曾攻下胡陵、方輿(今山東金鄉)，又大破秦泗川監平圍攻豐邑的部隊，並使雍齒守豐邑。在薛縣再次大敗泰軍，斬殺泰泗川郴守壯。就在劉邦連連取勝之時，曾受陳勝派遣到北略魏地的周市，也南下至豐、沛一帶擴展自己的勢力。雍齒本就不願追隨劉邦，在周市的策劃下競奔劉邦而歸周市，並自願為魏守衛豐色。劉邦知道後大怒，回師猛攻豐邑不能獲勝，只得暫時退守沛城，後經過三個月與秦兵的戰鬥和發展，部隊很快增長到萬人左右，劉邦自覺實力大增，再度用力攻打豐邑，但仍未攻下。這時正逢項梁、項羽率領的大軍駐紮在薛城，劉邦為了自身發展，更是為了報復雍齒的背叛，乃北上至薛投靠了項梁，項梁給劉邦兵卒000劉邦在項梁支持下，遠逃至魏，劉邦終於收國了自己的根背領部隊第三次國攻豐邑、雍齒成敗出走，根據地。
秦二世二年(公元前208)六月，項梁得知陳勝已死的確切清息，認為秦朝還有一定的實力，要想打垮秦朝，起義軍就必須有一一個領導核心，由這個銀導核心來統一指揮和秦軍的作戰，於是召集各路將領來薛城議事，共謀反秦大計。在會上，70歲的居鄲(今安徽集縣)人範增認為，秦滅大國，楚國是無罪的，尤其是楚懷王人秦不明，更是引起危人的懷念，井以「地魚三戶，亡秦必楚」的海言建議立能王后人為王，項梁採納了範增的意見，在民間找到了一個名叫心的正在為別人牧羊的楚懷王的孫子，立為她懷王(即義帝)，建都盱眙《今江蘇盱胎境內)，又以陳要為上柱國，封五縣為食色，項果自號武信君，掌握軍政大權，成為各路起義軍的實際首領。
薛城之會標誌著起義軍的逐漸成熟，結束了以前各自為政、互不服從的混亂局面，加強了部隊的凝聚力，為以後消滅秦朝打下了基礎。
薛城之會後，反秦的戰爭迅速展開。秦將章那戰勝陳勝後移兵向東，在臨濟(今河南封丘境內)周困魏王咎，魏王派周市向齊楚求救。齊王田儋、楚將項它隧周市前往教魏，但援軍失利，齊王田儋及周市戰死，魏王答也焚身自亡。田榮只得收其兄田儋的餘部。退人東阿(今山東陽穀境內)，章邯也不肯放過，遂出兵包圍東阿，田榮又面臨滅亡的境地。二世二年七月。項梁率兵攻打亢父(今山東鄄城境內)，聞聽田榮告急，馬上揮軍援助，擊敗兇惡的秦軍，章部被迫兩逃，與此同時，項羽、劉邦攻佔城陰後出兵阻擊西逃的章邯軍。再一次重創這支秦軍主力。章邯被迫退守濮陽(今河南濮陽)，八月項羽、劉邦轉戰攻打雍丘(今河南杞縣)，在這裡打破秦軍，新殺三川那守李由，此時項梁也趁機攻戰了定陶。
佔鎮定陶後，由於義軍的節勝利，項梁則產生了輕致之心，都將宋義曾對他提防。但在大好的形勢面市項聯根本聽不進去，章師在漫用體整後再加上秦又新增加的部隊，大大地提高了戰鬥力，於是利用項梁輕敵不設防的明點，在黑夜對定南發動突然襲擊，使起義軍遭到了慘重的失敗，項梁也在這次戰鬥中壯烈犧牲。定陶的諧落使義軍又轉入了被動，這時正在進攻陳留的項明、劉邦網訊後，立即與呂臣軍向東撤退，在彭城一帶集結。呂臣在333影城東狂守，項羽駐紮在影城時，劉鄭駐紮碣縣(今安徽蕭縣境內)，形版可以互相自守、互相援助的精角之勢，又把在盱胎的楚懷王接到影城。楚王封呂店為同徒，以其父呂青為令村，項制為長安談，號為魯公，以劉邦為鵬那長，封為武安侯，將碼郡兵。
經過一系列調整，陷入窘迫局面的義軍擺脫了秦兵的追擊，保存了抗奏的有生力量，強化r領導權和軍隊指揮權，為今後的軍事進攻創造了有利條件，好式章邯殺掉項梁後，認為楚地的義軍已被消滅差不多了，剩下的對大局無是輕重，遞率軍渡黃河北上，與從邊塞南撒的王離軍匯合，共同擊趙。章邯命令王離進攻趙的都城信都，趙軍大敗。趙王歇，張環等退至巨鹿(今河北平鄉)境內，以孤城自守，王離席軍團團圍住巨鹿，企圖將這個新建的趙國一舉消滅。章邯駐紮在巨鹿南邊，通過築甬道向王離部隊送糧食。陳餘雖在常山收有數方兵，駐紮在巨鹿的北邊，由於害怕泰兵的威勢而遲遲不敢向秦軍發動進攻。趙王歌在萬般無奈的情況下，只得四處求救，數次遭使人楚，希望懷王能夠早發救兵。
懷王見到楚使，決定出兵救趙，以宋義為上將軍，項羽為次將，範增為末將，宋義統領諸別將，具體指揮救趙的各項軍事活動。於是宋義率領數萬楚軍，浩浩蕩蕩，向北進軍，行至安陽(今河南安陽)，突然停了下來，竟一連逗留了46天。項羽見此心中火急，多次建議應迅速渡漳河北上，並採用楚擊其外、趙應其內、內外夾攻的戰術，打敗暴虐的秦軍，但宋義不但不聽，還批評項羽不懂軍事，等泰、趙雙方渡江時再進兵出擊。宋義怯戰、不但不敢出兵，還利用關係把他的兒子送到齊國為相，又不顧歲饑民貧、軍中無糧，天天飲酒作樂。項羽實在忍無可忍，才借早晨朝見宋義的機會，殺掉了這個誤事的將領。將士們見宋義已死，立即推舉項羽代為上將軍，使桓楚回報楚懷王，懷王遣使命項羽為上將軍，令其統帥救趙大軍。
項羽先派英布和潮將軍率兩萬人渡過漳河，直奔巨鹿，雖沒有取得大的成果，但毀掉了章那運糧的角道，使王離的軍隊無法得到軍糧補充。接著項羽統領全軍急渡漳河，並下令砸掉飯鍋，船沉河底，每個士兵只能帶三天的乾糧，以示拼死奮戰的決心，這就是成語「破釜沉舟」的由來。項羽以迅雷不及掩耳之勢向王離軍發動猛烈進攻，主將項羽馬當先，秦兵紛紛倒下，戰士無不以一當十，殺聲震天，經過數次激戰，泰軍一敗塗地，秦主將王離被俘，副將蘇角戰死，涉閒不肯降楚，自焚殉命。章邯也不得不引兵退卻。項羽破秦後，程見教起的各路諸侯將領，這些將領都為項羽的英雄豪氣所攝服，個個以腺爬行，不敢拾頭仰視。從此，項羽被推為諸侯上將軍，成為當時各路義軍公認的統領。秦軍大敗的消息傳到鹹陽，二世馬上派使者到棘原(今河北平鄉)責同章郵，章邯恐懼，派進長史詞馬欣到成陽請示，趙高不予接見，並有不信任之意，司馬欣由於害怕，快速返回原地，對章邯說：趙高用事，威妒忠良，今戰不勝，必死，戰勝也要受到猜忌，恐也不能脫罪，希望章邯能夠版出決斷。
此時陳餘也寫信勸章邯投降，章邯猶豫不決之時，項羽又派蒲將軍在漳水之南擊破秦軍，項羽也親自帶兵在汗水(今河北臨漳境內),大敗秦軍，此時的章邯戰不能勝，退不能回，陷人了內外交困的絕境。項羽也感到自己的軍糧不足，繼續作戰也不能取得更多利益，於是在二世三年七月，在海水之南的殷墟(今河南安陽境內)接受了章邯及其部將司馬欣、董翳的投降，項羽封章邯為雍王，安置在楚軍中，司馬欣為上將軍，率秦軍為前鋒向關中進軍，行至新安(今河南新安境內)，項羽恐秦卒尚多，內心不服，一旦發生變亂，後果不堪設想，遂下令將秦20餘萬降卒坑殺於新安城南。
巨鹿之戰歷時近9個月，項羽以大無畏的精神，以少勝多，殲滅了王離的335軍隊20餘萬，取得了反秦鬥爭中決定性的勝利，又收降了章邯部隊20餘萬，秦的主力已喪失殆盡，使戰局發生了根本性的變化，並為劉邦順利人關、徹底推翻秦朝統治提供了極為有利的條件。