八月,劉邦派曹參、韓信奉命開闢北方戰場。九月破魏,後九月破代,三年十月擊滅趙軍主力。劉邦亦遣兵一部渡河水,攻克河內(即懷縣,今河南武陟西南)、朝歌(今淇縣)、安陽(今安陽南)、邯鄲(今屬河北),接應韓信。項羽此時始察漢軍意圖,幾次遣騎兵渡河爭奪趙地,均被韓信擊退。十二月,被龍且擊敗的英布潛行至滎陽,協助劉邦防禦。
項羽全力發動攻勢,多次切斷甬道,使漢軍乏食。劉邦聽酈食其之言,欲遣使復立六國貴族後裔,以分散楚軍力量,被張良阻止。後納陳平之謀,遣奸細散布流言,離間項羽上下關係。四月,楚軍圍困劉邦於榮陽。劉邦於危急之際,始行緩兵計,遣使求和,願割滎陽以東予楚;繼施反間計,使項羽猜忌主要謀士範增,致範增憤然辭去。七月,用將軍紀信計,令周苛等堅守城池,以紀信作替身,出東門詐降,自與陳平等趁亂由西門逃離滎陽,經成皋入關。項羽燒死紀信,指揮楚軍緊圍榮陽,佔領劉邦放棄的成皋。劉邦在關中徵得新兵,本欲東進,被轅生諫阻,乃依其言引兵經武關(今陝西商南南)出宛(今河南南陽)、葉(今葉縣南),以吸引楚軍,減輕榮陽一線漢軍壓力。項羽率主力南下,漢軍堅壁不戰。
劉邦派灌嬰和靳歙深入楚軍後方斷楚軍糧道,灌嬰、靳歙進展迅速率騎兵突襲滎陽、陽武到襄邑糧道,另外深入到魯下,在魯下大破項冠楚軍 ,另讓彭越加強對楚後方的襲擊,彭越不失所望,擊敗項聲、薛公攻佔了要地下邳,直接給楚都彭城造成威脅。劉邦趁機北上大破終公楚軍收復漢軍放棄的成皋, 而丁復同時也在葉擊破楚軍。
八月,項羽擊敗彭越,在滎陽徹底彈盡糧絕以凌厲攻勢拔滎陽,烹周苛,[7] 進攻成皋。劉邦出成皋北門,渡河水北去。隨後漢軍再次放棄成皋,楚軍拿下成皋後乘勢西進,被漢軍阻於鞏縣(今河南鞏義西南)一帶。八月,劉邦率原屬韓信指揮的漢軍臨河水北岸,欲與項羽交鋒,復納鄭忠之言,深溝高壘,堅壁不戰。同時,命韓信在趙地組建新軍擊齊;遣盧綰、劉賈率兵2萬渡白馬津(今滑縣東),深入楚地,協助彭越擾楚後方。九月,項羽聞彭越等攻下睢陽(今商丘南)、外黃(今蘭考東南)等17城,大驚,復領兵東歸。臨行,留大司馬曹咎守成皋,囑其謹慎勿戰。劉邦欲捨棄成皋以東地區,專力屯守鞏縣、洛陽。酈食其極力諫阻,勸劉邦乘楚軍無暇西顧之機收復滎陽,佔據敖倉,攻奪成皋,控制用兵要地,相機破敵。又自薦遊說田廣,使其附漢。劉邦從其計。四年十月,連續數日遣士兵辱罵曹咎,激其出戰。曹咎領兵出城,渡汜水,欲與漢軍交鋒。劉邦趁其半渡,揮軍猛攻,大破楚軍,再次收復成皋。曹咎及司馬欣、董翳皆自殺。劉邦遂率漢軍駐於廣武(今榮陽北),取食於敖倉,並圍楚將鍾離眜於滎陽。
項羽迅速攻下梁地十餘城,得知成皋再度易手,急率主力西進,解榮陽之圍,然後屯軍廣武,與漢相持。十一月,聞楚齊聯軍覆滅於濰水,乃使說客至齊,遊說韓信反漢聯楚,三分天下,遭拒絕。八月,項羽得知隸屬於韓信的灌嬰率部南下,馳騁於彭城附近,慮及己方少食寡助,士卒飢疲,乃與漢盟約:以鴻溝為界,中分天下,東屬楚,西屬漢。九月,項羽將彭城之戰中擄獲的劉邦妻、父送還,引兵東歸。
漢二年(前205年)五月,劉邦退到滎陽一線收集殘部。這時,劉邦的部下蕭何在關中徵售到大批兵員補充前線,韓信也帶部隊趕來與劉邦會合。漢軍得到休整補充後,實力復振,拜灌嬰為中大夫,統率騎兵,在滎陽以東大敗乘勝追擊的楚軍,將楚軍成功地遏阻於滎陽以東地區,暫時穩定了戰局,並派隨何說降九江王英布。滎陽及其西面的成皋,南屏嵩山,北臨河水(黃河),汜水縱流其間,為洛陽的門戶,入函谷關(今河南靈寶東北)的咽喉,戰略地位十分重要。自次年四月起,漢、楚兩軍為爭奪該地展開了一場曠日持久的戰爭。
漢二年六月, 劉邦派酈食其勸說魏王魏豹降漢,遭到魏豹的拒絕,八月,派曹參與韓信攻打魏國,俘獲了魏王魏豹。後九月,漢軍平定代國,斬殺了代相國夏說。漢三年十月,劉邦派原常山王張耳收復趙國故地,韓信與張耳一同前往,陳兵井陘,把趙國的主力引向趙國北部,劉邦趁趙國南部空虛,離開滎陽,北渡黃河,攻克河內,從南面進攻趙國,接著攻克了朝歌(今淇縣)、安陽(今安陽南)、邯鄲(今屬河北),當邯鄲失陷,在井陘與漢軍對峙的趙軍主力進退兩難,張耳與韓信在井陘大敗趙軍,趙將戚將軍逃跑至鄔縣(今山西省介休縣),被曹參斬殺。趙王歇逃到襄國,張耳與韓信追擊,劉邦亦從邯鄲北上攻打襄國,漢軍南北夾擊,攻破襄國,殺掉了趙王歇。項羽遣騎兵渡河爭奪趙地,被漢軍擊退。
漢三年十二月,韓信與張耳留下在趙國繼續作戰,劉邦返回滎陽。此前英布被隨何策反,項羽派龍且攻打英布,英布戰敗,與隨何回到了滎陽。劉邦召見英布,英布起初不高興,後來見劉邦安排的好,英布又高興起來,使人返九江收兵,使者人緣不錯,收攏數千人歸漢,劉邦也分兵給了英布,然後一路到成皋。
劉邦據守滎陽,取敖倉之食,與項羽對峙,雙方進入相持狀態。項羽多次派兵切斷漢軍的糧道,漢軍糧草供應不上,劉邦遣使與項羽求和,願割讓滎陽以東給予楚國,項羽不同意。劉邦採用陳平之計,遣奸細散布流言,離間項羽君臣之間的關係,範增遭到項羽的猜忌,憤而離去。
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