范增走后，项羽加紧进攻荥阳，刘邦只好设法从荥阳突围。大将纪信自告奋勇，替刘邦向项羽假投降，让刘邦趁机逃脱。纪信乘坐着刘邦的车出东门假降，刘邦则从西门出城突围。纪信将项羽的大部分军队吸引住，使得刘邦脱身，结果项羽一气之下将纪信烧死。
拿下荥阳之后，项羽又占领了成皋（今河南荥阳汜水镇）。后来刘邦集中兵力将成皋收回，然后围困荥阳。项羽回师救援，和刘邦在荥阳东北部的广武山一带对峙，时间长达几个月之久。项羽急于和刘邦决战，因为刘邦的粮草供应顺畅，而他的粮草供应却常遭到彭越的袭击。为了尽早结束战斗，同时迫使刘邦投降，项羽就把原先俘获的刘邦的父亲押到了两军阵前，他对刘邦说：“你如果再不投降，我就把你的父亲煮了！”
刘邦心中愤怒，却表现得不以为然，笑眯眯地对项羽说：“我和你曾经‘约为兄弟’，所以我的父亲就是你的父亲了。如果你一定要煮了我的父亲，那就请便吧。不过，别忘了给我也留一碗肉汤。”项羽气得七窍生烟，当场就下令要将刘邦的父亲杀死。项伯急忙上前劝道：“将军，现在天下归谁，我们无法预料，何况争天下的人都是不顾家人生死安危的，杀了他的亲人也起不了多大作用，相反会增加双方的仇恨。”项羽只好命人将刘邦的父亲带回去。
知道杀刘邦的父亲不灵，项羽又要与刘邦单独决斗。刘邦没有上他的当，却说：“我和你只斗智，不斗勇。”接着骂项羽有十大罪状，“第一，你负前约，没有让我称王天下，而是称王蜀汉；第二，你杀死上将军宋义，取而代之；第三，你救赵之后，本该息兵，却进军关中；第四，火烧阿房宫，中饱私囊；第五，你杀死秦王子婴；第六，你坑杀秦的投降士卒20万；第七，对诸侯王分封不公；第八，将义帝赶出彭城，自己占为都城；第九，你暗害义帝；第十，不但以臣杀 主，政事也不公平。我现在率领众将领来诛杀你这残忍的逆贼，何必非要和你单独决斗呢！”项羽听了，气得拉弓射了刘邦一箭，虽正中刘邦的胸部，但却被刘邦逃过死劫。
刘邦和项羽在对阵了10个多月之后，刘邦有幸得到关中和蜀地的支援，逐渐占了上风。而项羽则兵源缺乏，粮草不足，难以和汉军抗衡。在侯公的撮合下，项羽和刘邦定下了停战协定：楚汉以鸿沟（今河南荥阳中牟、开封一带）为界，东西分治。协定达成之后，项羽将刘邦的父亲和妻子送还。项羽领兵东返，刘邦也打算领兵回关中。张良和陈平则极力劝说刘邦趁机灭掉项羽，因为这时项羽兵不精、粮不足，让项羽回到彭城，等于是放虎归山。刘邦立即命令追击，同时派人命韩信和彭越合击项羽。
公元前202年10月，刘邦的军队在固陵（今河南太康西）追上了项羽，然而，韩信和彭越的军队还没有到达。项羽向汉军猛烈反击，将汉军击溃。刘邦只得坚守不出，问谋士张良有何良策。张良说大王如果能封给韩信齐地（今山东北部和河北南部），封给彭越梁地（今河南商丘等地），那他们两个肯定会火速进兵。
刘邦按张良的主意给韩信和彭越许诺，在击败项羽后立即封他们为齐王和梁王，这正合俩人心意，所以，韩信和彭越也很快有了回音——立即进兵。同时，楚的大司马周殷也被刘邦派人劝降，淮南王英布也领兵赶来会师。汉军会合各路援军共30万，和项羽决战垓下。夜里，围困项羽的汉军唱起了楚国苍凉的歌，使项羽以为汉军已占有全部楚地，走投无路的项羽在帐营中和心爱的虞姬饮酒，乘着酒力慷慨而歌：“力拔山兮气盖世，时不利兮骓不逝。骓不逝兮可奈何，虞兮虞兮奈若何！”虞姬唱道：“汉兵已略地，四放楚歌声。大王意气尽，贱妾何聊生。”
虞姬含泪自刎，项羽率领800骑兵趁夜突围。第二天早晨，汉军才发现项羽已经突围而去，刘邦命令灌婴率骑兵火速追击。项羽在渡过淮河后，身边只剩下了100人，到达阴陵时，因为迷路走入大泽之中。从大泽出来后，项羽向东撤退，在东城被灌婴的骑兵追上。项羽的随从只有28人了，和汉军激战三次，杀伤几百汉军后，项羽最后横剑自刎。至此，楚汉战争以项羽的失败而结束。
称帝建汉迁都长安
公元前202年正月，刘邦按照与韩信、彭越的约定，立韩信为楚王，彭越为 梁王。受封的韩信和彭越联合原来的燕王臧荼、赵王张敖以及长沙王吴芮共同上书刘邦，请他即位称帝。刘邦开始假意推辞，韩信说：“虽然大王出身不富裕，但能率领众人扫灭暴秦，诛杀不义，安定天下，功劳超过诸王，您称帝是众望所归。”刘邦顺水推舟地说：“既然大家一致要求我当皇帝，那就按你们说的办吧。”
同年的二月初三，刘邦在山东定陶汜水之阳举行登基大典，定国号为汉。同时，封夫人吕氏为皇后，儿子刘盈为太子；定都洛阳。
同年5月，刘邦在洛阳的南宫开庆功宴。宴席上，他有说有笑，与众人分析楚汉战争双方胜败的经验教训。高起和王陵说，陛下之所以能战胜项羽，是因为陛下能与大家同甘苦、共患难，而项羽却自私自利。刘邦认为他们说的有道理，但没有说到最重要之处。他总结了自己取胜的原因：“论运筹帷幄之中，决胜于千里之外，我不如张良；论抚慰百姓、供应粮草，我又不如萧何；论领兵百万，决战沙场，百战百胜，我不如韩信。可是，我能做到知人善用，发挥他们的才干，这才是我们取胜的真正原因。至于项羽，他只有范增一个人可用，但又对他猜疑，这是他最终失败的原因。”刘邦的总结非常准确，战争的胜败，人是决定性因素。
巩固皇权汉承秦制
公元前200年，刘邦采纳齐人娄敬（即刘敬）的建议，迁都长安。娄敬认为刘邦得天下和先前的周朝不一样，所以不应该像周朝那样以洛阳为都城，应该定都关中。张良等人也建议迁都关中，因关中为形胜之地，人口众多，物产丰富，这样有利于在秦地镇守险地，国家才能兴旺。娄敬因建议刘邦迁都有功，赐姓刘，拜郎中号“奉春君”，后为关内侯。
刘邦当了皇帝之后，对秦亡的教训极为重视。他命士人陆贾总结包括秦朝在内的历代兴亡的经验教训，供他借鉴。陆贾认为：秦始皇并不是不想把国家治理好，而是制定的措施太残暴，用刑太残酷，所以秦国就灭亡了。陛下得了天下，要使国家长治久安，就应文武并用，这才是“长久之术”。刘邦对此非常赞同。
刘邦认为，秦王朝的灭亡还有一个重要因素，那就是秦始皇采取的政策太苛刻、太急切，特别是在取消“分封制”的问题上，分封制已有近千年的影响，若要废除，老百姓不能立即接受，对立情绪太大。刘邦认为实行分封制，对于消除对立情绪，稳定群臣名将，依然是一个重要手段。同时，刘邦也并不希望再出现诸侯 割据、群雄争霸的分割局面，而秦始皇所创立的郡县制，确是克服这一弊端的有效措施，因此，刘邦采取了郡县制与分封制并行的办法，人们称之为“郡国并行”制。
吸取了秦亡的经验教训之后，汉朝继承了秦朝大部分的制度，与秦朝的残酷刑法和严厉的治国思想不同，汉朝采取清净无为的黄老思想为治国的指导思想，这种思想体现在经济方面就是减轻百姓赋税。
汉朝的政治制度基本上也是秦朝的延续，中央是三公九卿，地方是郡县制。
不过，在汉朝的乡一级地方机构中和秦朝有一点不同，即在各乡的三老中，又选出一个作为县的三老，负责和县级的官吏联系，沟通上下的关系。
在汉朝，除了郡县制外，还实行了封国制，即分封诸侯王到地方建立诸侯国和王国。最初，分封的是异姓王，如韩信等人，主要是为了团结众将取得战争的胜利。汉初，先是分封了7个异姓王，后来除了长沙王吴芮，其余都被陆续消灭。
但在削平异姓王的过程中，高祖又分封了9个同姓王，他们都是高祖的子侄兄弟。
汉高祖规定：诸侯王国的政治地位等同于郡，中央政府派相国辅佐各诸侯王，相国是中央的官吏，不准与各诸侯王勾结对抗中央，否则就要以“阿党附益”的重罪处罚。同时，还有侯国，地位和县等同，主要是封给建国功臣们。这样，诸侯国和郡县并立，因王国和诸侯国有自己独立的司法审判权，造成后来的地方政治机制混乱不堪。
为了维护尊卑等级，高祖还沿用了秦的20级爵位制度。在秦朝法律的基础上，高祖也改制了新的法律，就是汉代着名的《九章律》。在制定法律的同时，高祖又仿效秦朝建立起一套礼仪制度。归结起来，汉承秦制集中体现在礼法制度方面。汉高祖刘邦的统治政策与秦王朝有许多不同之处，这种不同之处，正是借鉴秦朝灭亡的教训而总结、制定、推行的。总之，通过以上一系列措施，统一的中央集权封建大帝国又重新建立起来。
由于长达8年的战乱，使得建国之初的汉朝人口锐减，经济凋敝。为了促进经济的繁荣发展，汉高祖下令释放囚犯、流民返乡、军人复员、解放奴婢、鼓励生育。同时，他又调整土地政策，发展农业经济。
为了调动农民的生产积极性，在秦的赋税制度的基础上，高祖采取了轻徭薄赋政策。除了轻徭薄赋，高祖还通过“赐爵”、“复爵”等手段来调动农民的积极性。不仅重点发展农业生产，汉高祖也对工商业的政策作了调整。主要措施就是 放宽对私人工商业的限制，结果不仅振兴了工商业，也促进了农业生产。
能否解决好与匈奴的关系，决定着汉朝的兴衰。刘邦对于匈奴的屡屡犯境非常愤怒，公元前200年他亲率大军进攻匈奴，双方在白登山展开激战，汉军大败，刘邦被困七天七夜，几乎被俘，后以重金收买匈奴首领，才得以突围。正因为这样，刘邦不得已采用娄敬的“和亲”策略，以宗室女为公主嫁给冒顿单于，并送给匈奴大批财物，与其约为兄弟。匈奴对中原的骚扰大为减少，汉朝与匈奴之间的关系暂时出现了和平，从而给中原人民提供了一个相对安定的生产环境。
由于以上措施和政策的施行，汉初的农业生产大大发展，经济很快得到了恢复。到惠帝、吕后统治时期，已经是“衣食滋殖”。到文帝、景帝时，更出现了“文景之治”的繁荣景象。
剪除诸王中央集权
刘邦虽然做了皇帝，但他也没有敢对自己的皇位掉以轻心。在享受的同时他也积极采取措施对皇权进行了巩固。
他日夜放心不下的首先就是各地的异姓王。这些异姓王手里都有兵将，有的与刘邦不是一条心。其次就是其他将领，他们为功劳大小和赏赐的多少争斗不休，如果安抚不当，就会投奔那些异姓王作乱。还有原先六国的后代也不能掉以轻心。
在中央，丞相的权力对他这个皇帝也构成了威胁。
正是因为刘邦的政权依然存在威胁，所以他要着手杀掉一些对自己不利的人物。刘邦最先动手的对象是韩信。公元前201年，即高祖六年，朝中有人告发韩信谋反。刘邦当时半信半疑，他问诸将如何是好，诸将说：“赶快发兵杀了他。”
陈平却认为，楚国兵精，韩信又善于用兵，如果发兵攻之，无异于自己挑起战端，不如假装巡游云梦，通知各个异姓王到陈县会面，韩信必定也会前来谒见，到那时，就可以轻而易举地把他抓起来。高祖按计实行。韩信一到陈县，立即被高祖逮捕。韩信大喊冤枉，他感慨道：“果然像人们说的那样：‘狡兔死，走狗烹；飞鸟尽，良弓藏；敌国破，谋臣亡。’天下已经安定，将领已经没用了，本来就该给烹了。”高祖见状便说：“有人告你谋反。”说完就命令随从把韩信捆绑起来，押上囚车。可到了洛阳，因查无实据，高祖又赦免了韩信，将其降为淮阴侯。经过这件事，韩信对刘邦的戒备心理更强了，也更加怀恨刘邦了。
公元前200年，韩信密谋让刘侯陈欷在外地起兵造反，引得高祖亲自率兵平叛，自己则在都城发兵袭击吕后和太子。不料被人告密，吕后采用萧何的计策，把他骗入宫中逮捕，然后斩首于长乐宫的钟室。
刘邦的同乡燕王卢绾，自刘邦浪迹沛县市井之时，就与刘邦结为患难与共的朋友。卢绾一直是刘邦的亲信和心腹，但最后也被刘邦逼得逃亡匈奴，罪名又是有谋反企图。
赵王张耳本是刘邦的女婿，也因涉嫌谋反被废除王位，贬为宣平侯。
韩信被杀不到三个月，刘邦灭了陈欷，回到洛阳，又有彭越的手下人告发彭越谋反。刘邦听到这个消息，派人把彭越逮住，下了监狱。后来因为没有查到彭越谋反的真凭实据，就把他贬为平民，遣送到蜀中。
彭越在去蜀中的路上，苦苦央告吕后在刘邦面前替他说句好话，让他回自己的老家。吕后一口答应，她把彭越带回洛阳。吕后对刘邦说：“彭越是个壮士，把他送到蜀中，这不是放虎归山，自找麻烦吗？”于是，刘邦杀了彭越，并将他的尸体剁成肉酱，再派人分赐给各位诸侯和功臣品尝，以示威胁与警告。功臣们因此更加胆战心惊。
彭越事件后，淮南王英布自知不能幸免，被迫铤而走险，起兵反叛。他鼓舞部下说：“皇上已经老了，自己一定不能来。大将中只有韩信、彭越最有能耐，但他们都已经死了，别的将军不是我的对手，没什么可怕的。”
英布一出兵，果然打了几个胜仗，把荆楚一带土地都占领了。刘邦只好亲自发兵去对敌。
刘邦在阵前骂英布说：“我已经封你为王，你何苦造反？”
英布直言不讳地说：“想做皇帝啰！”
刘邦大怒，指挥大军猛击英布。英布手下兵士弓箭齐发，汉高祖当胸中了一箭，幸亏箭伤不太重，他忍住创痛，继续进攻。英布大败逃走，在半路上被人杀了。
这样，在汉朝建立的短短7年之内，刘邦就利用各种借口，将除偏守南方而又势力弱小的长沙王吴芮以外的所有异姓诸侯王相继铲除。
刘邦消灭异姓诸侯王的政策，在当时的条件下，对巩固新生的政权，维护中国的大一统，在客观上无疑起了积极的作用。
