前往垓下与刘邦会合。韩信、彭越、英布等会合刘邦后，汉军参战兵力已超过60万人，十二月（前202年初，当时以十月为岁首）在垓下将向江南撤退的10万楚军层层包围。汉军以韩信亲率30万人为前军，刘邦调度孔聚为左翼，陈贺（费将军）为右翼，刘邦坐镇中军，周勃、柴武等预备军在刘邦军后待命。韩信亲率前军发动攻势，初战进攻受挫后退，在楚军准备追击时，刘邦即时调度汉军左右两翼迂回夹击楚军，两军短兵相接陷入胶着，这时韩信率领前军翻身再战，以及彭越、英布、刘贾、周殷等诸侯从各处围攻楚军，楚军在三面夹击中被击败。项羽被迫退回垓