十二月，项羽派英布、蒲将军率2万人为前锋渡过漳水。楚军初战，失利，但切断了秦军的运粮甬道，隔绝了章邯、王离两军的联系。随后，项羽亲率全军北进，渡过漳水后，下令，破釜沉舟，烧毁营舍，每个战士只携带3天口粮，“以示士卒必死，无一还心”。楚军士气大振，将王离团团包围，九战九捷，全歼其军，王离被俘，部将张角被杀，涉间自焚而死。章邯来救也被击退。当时，各地救赵解巨鹿之围的诸侯军有十余支，但都保守营垒无一人敢纵兵出战秦军，“及楚击秦，诸将皆从壁上观。楚战士无不以一当十，楚兵呼声动天，诸侯军无不人人惴恐。”破秦军后，“项羽召见诸侯将，入辕门，无不膝行而前，莫敢仰视。”从此，项羽被公认为反秦起义军的领袖，成为各路诸侯军的上将军，统一指挥所有反秦军。

        章邯在巨鹿战败后，退守棘原，欲继续南撤。秦二世派人谴责章邯作战不力，章邯十分惶恐。项羽抓住时机，遣蒲将军于漳水南岸击败秦军一部，切断章邯军的退路。随后，项羽自领主力大败秦军于汗水(漳水支流，今河北临漳附近)。章邯屡战屡败，损兵折将几十万人，既无援兵，又受猜忌，随时有被秦王朝加害的可能性，乃于秦二世三年七月，在殷墟(今河南安阳小屯)率所部20余万人向项羽投降。项羽将秦降卒全部坑杀。至此，秦军主力基本上被消灭，秦王朝的统治濒于崩溃。

        与项羽军北上救赵的同时，刘邦率一支不足万人之军离开砀郡，进军关中。此时，虽然黄河以南没有较大的秦军机动部队，甚至连荥阳、洛阳、开封、南阳、函谷关、武关等要地也没有重兵防守，但刘邦若要顺利西入关中，困难仍然很大。

        刘邦在西进途中，一路收编陈胜、项梁的散卒扩充队伍，在栗县(今河南夏邑县)编并了刚武侯(史籍失其姓名，只载爵号)所率的四千人的反秦起义军。秦二世三年二月在昌邑(今山东金乡县西北)又与彭越军千余人合并。在此期间，刘邦与秦军作战多失利。攻昌邑不下后，刘邦为避免攻坚，乘隙西进，过高阳(今河南杞县西南)时，采纳高阳监门郦食其的建议，袭取陈留(今河南开封东南)，获大量军资。此时刘邦军已扩大到2万余人。三月，刘邦军攻开封不克，但在白马(今河南滑县)和曲遇(今河南中牟县东)东大破秦将杨熊，接着又进攻洛阳，未能攻下。于是刘邦改变了由函谷关西进的作战部署，转军向南迂回，由武关进入关中。六月，刘邦在南阳郡大破南阳郡守吕騎。吕犄退守宛城(今河南南阳)。刘邦欲绕过宛城继续西进，谋士张良劝道:“沛公虽欲急入关，秦兵尚众，距险。今不下宛，宛从后击，强秦在前，此危道也。”刘邦深以为然，乃乘夜绕道回师，黎明时将宛城团团围住，吕龄大惊，欲自尽，被部下劝止，于是向刘邦提出:“约降封守”。刘邦应允，封吕犄为郡守、殷侯，仍守宛城。从此，刘邦一路均用此法，沿途秦朝守臣纷纷投降，刘邦军长驱直入，八月，攻克关中的东南门户武关，进入秦境。