秦朝末年(前208年11月) - 前207年7月)，秦军与诸侯联军在巨鹿县(古县名，今河北省巨鹿县)进行了一场大决战。最后，项羽、楚军等大破王从指挥官秦军消灭了秦军的主力之一。
秦围巨鹿
公元前209年7月(秦二世第一年)，也就是秦二世登位一年后，陈胜起反对大泽中。秦将张邯编李山刑徒成军，镇压民变。12月，陈胜败亡。208年6月(秦二世第二年)，张邯破田儋、魏怪。9月，定陶之战消灭了楚军的主力项梁。
闰九月，张邯以为楚兵不用担心，带领秦军北渡黄河，与北方前来增援的王离军一起攻打赵国，在邯郸大败赵军。随后，王力继续包围赵王，休息在巨鹿周围。张邯自己在南方驻军，修建了一条通道，为围城的秦军送粮草。赵国陈于北收获恒山兵，获得数万人，军巨鹿北。赵力求助于楚。
楚军阵营分兵两路，一支军队前往解赵巨鹿之围，以宋义为义为将军，被称为青子冠军。项羽是次将。另一支军队沿河南进攻刘邦为教练。楚后怀王承诺先入定关者，王之。
项羽杀宋义
宋毅带领楚军前往安阳（古地名，今山东曹县东南或今安阳），停留46天。项羽急于攻打秦军，为死去的叔叔项梁报仇，于是敦促宋毅发兵，宋毅不听，反驳项羽勇敢无谋，也命令军队：像老虎一样凶猛，像羊一样残忍，像狼一样贪婪，强大的使者，都被斩首了！讽刺的是杀死项羽。
宋义派儿子宋襄到齐国当相邦，亲自送他去无盐(古县名，今山东东平县东)喝酒玩乐。当时天气寒冷，天下大雨，士兵们又饿又冷。项羽利用这一点引起了士兵们对宋义的不满。
11月，在宋义不动的第47个早晨，项羽会见了宋义，也就是说，他进入了他的账户，斩首了公众。项羽立即向士兵宣布：宋义与齐谋反楚，楚王阴令（项羽）惩罚！（宋义与齐国串通，意图背叛楚国，楚后怀王秘密智慧我杀了宋义！）。并派桓楚与宋义父子报告楚后怀王，楚后怀王不得不任命项羽为将军，率兵救赵。
破釜沉舟
楚军远不如秦军。项羽先派英布和蒲将军率领2万楚军渡过漳河，攻打秦军走廊，取得几场小胜。12月，项羽亲自率领全军渡河，下令打破炊具，凿船。每人只带三天干粮，其余的都烧掉了，表明了一战的决心。
以一当十
楚军在项羽带头的鼓励下士气高涨，作战非常勇敢。他一举打破了秦军将军苏角的军团，迫使张汉军撤退，撤离了对王离军背后的支援。这时项羽马不停蹄翻身再战王离，涉间长城军团，九战九捷。当时楚军可以杀十个秦军(史记三家注)·项羽本纪记载记载：楚战士十。)项羽亲自奋勇战斗激励士卒，羽兵呼声动天地(《s:前汉纪/高祖皇帝纪第一)最终使秦军大败。秦将苏角阵亡，王离被俘，涉间拒绝自焚而死。
作壁上观
在项羽进攻秦军之前，虽然燕、齐、魏、代、辽等十几个诸侯军已经抵达巨鹿进行救援，但都被秦军的威力吓坏了，只是在外围驻扎，不敢出战。楚军进攻秦军时，各路诸侯军仍闭门不出，只是从营地上观望(史记·项羽本纪记载：诸侯军救巨鹿下十多壁，不敢纵兵。诸将从墙上看楚击秦。)，直到看到楚军大破秦军，各路诸侯军都胆寒，都拜伏项羽。
但在《史记三家注》中·在《张耳陈余传》中，关于诸侯军关于诸侯军的说法：项羽兵数绝章邯郸走廊，王离军缺食，项羽悉引兵渡河，然后破章邯。张邯引兵解，诸侯军敢围巨鹿秦军，遂俘王离。涉间自杀。根据《张耳陈余传》的描述，诸侯军只在项羽与张寒的走廊护军作战时作墙。项羽进攻王离时，诸侯军参与围攻，俘虏王离，迫使涉案自杀，这是楚军和诸侯军的共同成就。
在《资治通鉴》中，北宋司马光综合了《史记》中《项羽本纪》和《张耳陈余传》的说法，表达为:项羽引兵渡河，沉船，破釜、蒸笼、烧庐舍，持三天粮，以示士卒会死，没有回报。于是围王离，与秦军相遇，九战大破，张邯引兵。诸侯兵敢进攻秦军，于是杀了苏角，俘虏了王离；不降，自烧。
章邯投降
前207年4月(秦二世三年)，张寒派司马欣向咸阳求助，但赵高不允许，并派人追杀司马欣。5月，司马欣回到军营后，告诉张寒，朝廷已经被赵高控制。将军有功无功。6月，项羽楚军在三户津和污水中击败秦军。7月，张寒担心赵高的迫害，于是向项羽投降了约20万司马欣和董毅。
后续发展
项羽在河北与王离、张邯作战时，刘邦在河南攻占秦军后方，8月突破武关，10月秦王子婴出降，刘邦进入咸阳，秦朝灭亡。
新安杀降
11月，项羽率军前往新安，担心秦降军生变，在新安城南(今河南义马内)杀死20多万降兵。(异说:项羽怕粮食不足，羞于求粮。然而，这种说法非常可疑。)但项羽并未处决章邯、司马欣和董奕。(《史记·项羽本纪记载:项羽甚至召唤青布，蒲将军说:‘秦吏卒尚众，心不服，至关不听，事必危险，不如杀人，与章邯、长史欣、都尉一起入秦。于是楚军夜击坑杀秦卒二十多万人新安城南。)1912年修建陇海铁路时，当地发现了大量人骨，现在该遗址被称为楚坑。新安坑降事件有很多疑点，史学界也有很大的争论。不能排除刘邦在汉朝建立时故意诽谤项羽，以稳定政权。