彭城之戰前，項羽派人去抓劉邦家眷，劉邦接到豐縣任敖的求救信後，令將軍樊噲立即前往豐縣、沛縣，並渡過泗水攻佔薛郡。
圖-項羽分封
樊噲到豐縣後，鍾離眛已經抓到劉太公和呂雉跑了。再到沛縣，王陵也已經接到自己家眷，他還把其他漢軍將領家眷也集中在一起，以防項羽派人來抓人質。不過項羽自始至終沒有派人去抓捕劉邦麾下沛縣將領的家眷，因這與當時主流道義價值觀不符。
於是樊噲渡過泗水，攻擊薛郡的鄒縣、瑕丘、薛縣，一度攻到薛郡首府魯城（曲阜），卻只是佯攻，目的是堵截項羽南下救援彭城。西楚薛郡長項冠堅壁清野，也毫無硬碰硬的意思。
項羽北上攻擊齊國，每次都是沿泗水北上到薛郡，水陸並進，撤退回彭城，也是原路返回，又近又省力。樊噲遊擊泗水中游，與彭越控制深溝東西兩頭，項羽要回援彭城，是無法迴避樊噲的。與此同時，王陵在泗水上的沛縣，又給樊噲上了一道保險，彭越、樊噲、王陵，三人遙相呼應，組成了一個夾擊泗水上西楚軍的勢態。
劉邦主力，以曹參為先鋒，從定陶南下，連克碭縣、蕭縣、彭城，壁壘旌旗，數十里連綿不絕。
接著曹參率軍南下，控制了睢水上的相城、竹邑、符離、取慮等城邑，與屯兵下邑的呂澤軍連成一線，防止九江王英布北上。
漢王劉邦，率塞王司馬欣、翟王董翳、河南王申陽、殷王司馬卬、韓王韓信、西魏王魏豹，常山王張耳（已失國）七王開拔到彭城附近。漢軍偵騎四出，東邊泗水下游和東北方沂水一帶，劉邦特意不派重兵佈防。如果項羽繞過尼山，從琅琊郡的沂水南下，而田橫正大舉攻擊琅琊郡，那時候項羽腹背受敵，劉邦巴不得形成這種局面。
而趙王歇、代王陳餘南下渡過黃河，卻駐紮在濟水以北，不肯再過河。二王控制的勢力範圍，大致相當於戰國時趙國疆域，並不比劉邦弱多少。
西魏王豹，在濟水以北的臨濟一帶也放慢了腳步。西魏王魏豹的魏國有河東、太原、上黨三郡，魏相彭越受封的魏國大致是碭郡和東郡，兩國並不接壤，但彭越這兩個郡才是戰國後期魏國的基本盤，人口也比西魏國多。劉邦封彭越為魏相，那他這個曾經的魏王怎麼辦？以後是回西魏國，還是留在魏地與彭越爭地盤？項羽曾經面臨的分封問題，劉邦也遇到了。
項羽在外出徵，叔父左尹項纏（項伯）坐鎮彭城，他手裡兵力也不算少，但一盤散沙。東陽甯君上柱國陳嬰投了四次主公，分別是楚王景駒、項梁、楚懷王（義帝）、項羽，他以故鄉東陽為中心，佔據大小十幾個城邑，兵力三四萬。項羽處置義帝后，曾從陳嬰處調兵一萬，後續肯定還會一步步削弱他。
陳嬰接到項纏軍令後，倒是裝模作樣北上，騎哨接觸到漢軍後，便距彭城上百里紮營。兩年多後，項羽烏江自刎，陳嬰率部投降劉邦，封堂邑侯，食邑1800戶。
司徒呂臣本有三萬餘人，交出部分兵權後仍有兩萬人。呂臣的父親呂青是令尹，位在左尹項纏之上。項纏一直想取而代之，彭城留守的這個小朝廷內部鬥爭激烈。
當漢軍出現在彭城以西，呂臣便以阻擊漢軍為由，帶著父親呂青，向東逃到東海郡，此前他們曾在這裡佔據幾個縣。垓下之戰後，呂臣投降劉邦，封寧陵侯，食邑1000戶。
圖-彭城（徐州）的位置
劉邦入得彭城，一洗鴻門宴狼狽逃竄之前恥。左尹項纏其實也還有兩三萬軍隊，卻莫名其妙沒有抵抗，直接投降。連項羽的親叔叔都不抵抗，還指望外人幫忙？
鴻門宴之前，劉邦被迫與項纏結成兒女親家，不過雙方子女都還小。鴻門宴上，項纏（項伯）與項莊一起舞劍，又救了劉邦一命。劉邦沒有為難項纏，仍讓他領本部兵馬，對其家屬、部屬秋毫無犯。
劉邦卻將西楚霸王宮廷之美女、珍寶，盡數收取享用，日日置酒，大會七王和諸將。部下將士亦皆歡呼暢飲，毫無項羽來犯的消息，眾皆放鬆戒備。
七王當中，除韓王信是劉邦封的，死心塌地跟劉邦，其餘六王都是項羽封的。塞王司馬欣、翟王董翳，這二王是秦國降將，與項羽關係非同一般，隨時可能反水。常山王張耳、河南王申陽、殷王司馬卬，這三王自成體系，為自保跟著劉邦作戰而已。
劉邦與七個心照不宣的人，天天設宴，塞王司馬欣、翟王董翳早就與項羽暗通款曲，只等項羽發難，就要反戈一擊。彭城虎穴狼巢，看似安全的地方，實則兵已在頸。
數日前，齊國境內，范增觀天象，只見西南方升起幾縷殺氣，直衝雲霄。一陣寒風吹過，殺氣竟然蕩然無存。范增對項羽道：“恭喜主公，西南方諸侯軍，殺氣很重，其勢不小。待主公出兵，諸侯軍卻煙消雲散。”
劉邦天天在彭城大宴諸侯，只等項羽回援，由樊噲先擋住項羽先鋒軍，劉邦再率諸侯軍圍剿。誰知項羽早就在彭城以西的蕭縣潛伏，也就是在劉邦東來的必經之路上。
其實項羽和鍾離眛是一起從薛郡魯城出發，在胡陵渡過泗水，鍾離眛去沛縣抓捕劉邦和王陵的家眷，項羽則率領三萬精銳騎兵，六萬戰騎，晝伏夜行，銜枚疾走，來到蕭縣東南方向，隱藏著附近山區密林中。
蕭縣以東的大道上，數十騎策馬呈點狀散開，輪番彎弓搭箭，高度戒備向彭城方向探查敵情，這是漢軍的先鋒騎哨。
一名騎將位於中間，左顧右盼，觀察地形，馬鞭指向南邊一片密林道：“去五騎，給我仔細察看。”
五名騎兵應聲領命而去，餘者仍不徐不疾向彭城進發。五騎進到密林，不一會便消失不見。沿著五騎往前幾里許，一處茅草棚中，正是西楚霸王的中軍大帳。
項羽原本的計劃，是在諸侯軍的中部殺出，將敵軍截成兩段，再集結兵力衝擊劉邦，務求一舉擊殺劉邦。然而當騎哨報告發現塞國軍隊，而且是獨立成軍時，項羽仍按兵不動。戰場時移勢遷，項羽隨機應變，決定放所有諸侯軍過去。
這可急壞了西楚軍鐵騎將士，不少人的家眷就在彭城。但項羽出征齊國，雖把虞姬安頓在魯城，其他嬪妃也都在彭城，將士們只好暫時忍辱負重，不露鋒芒。
塞王司馬欣當年把項梁從關中的大牢中放走，他是項氏的恩公。項羽和司馬欣是一類人，都是名門之後，項羽深知司馬欣不甘心屈從出身“士”的劉邦，只要有機會就會反戈一擊。平民百姓多從眼前利益角度考慮問題，只活在今天，結果往往不理想。名門望族多從利害關係考慮得失，注重結果，再製定正確的路線和行之有效的方法，容易形成世代聯盟，結果自然比平民好得多。
劉邦軍團總計五十六萬大軍，劉邦十九萬餘，其中樊噲和周勃分走八萬，只剩十一萬餘。趙王歇和代王陳餘共九萬餘、西魏王豹六萬餘，都沒有過濟水南下。魏相彭越三萬在大野澤，穰侯王陵三萬在沛縣，周呂侯呂澤近兩萬一路撿戰利品，還屯在碭郡的下邑。其他友軍以呂澤為參考，都沒有跟上劉邦的步伐，一路上兵器物資美女根本撿不完。
入彭城的諸侯軍，共約二十一萬。其中漢王劉邦十一萬餘，塞王司馬欣近三萬、翟王董翳萬餘、河南王申陽兩萬餘、殷王司馬卬兩萬餘、韓王信近萬、常山王張耳（已失國）萬餘。
二十一萬諸侯軍，只有漢王劉邦和韓王信的十二萬人馬一心打項羽，塞王司馬欣和翟王董翳四萬人馬隨時可能倒戈，河南王申陽、殷王司馬卬、常山王張耳五萬餘人不會盡全力。
一日清晨，項羽高據烏騅馬，霸王戟指向東邊道：“敵軍大多屯在彭城外，我們只殺敵，不攻城。若劉邦不跑，便殺盡漢兵。”
號角聲起，三萬人六萬騎（一人配備兩匹戰馬）奔騰而下，充天塞地而來，猶如一陣狂風，席捲向東。途中但凡有任何諸侯軍出現，均在頃刻間身首異處。
彭城地處中原的東南方，春秋戰國幾百年，很少遭遇兵戈。但秦末彭城成了戰爭的中心，秦嘉、項梁都攻擊過彭城，殘破不堪的外城還未完全修復，有多處斷城牆，根本不能憑險而守。
諸侯軍惶恐，西楚軍是從西面來的，難道項羽是從天而降嗎？
諸侯軍無力抵敵，投戈棄甲，沒命奔逃，一路自相踐踏，驚恐地重複一句話：“霸王來了…”。楚騎從後掩殺，三萬鐵騎在平原上的衝擊力，不亞於三十萬步兵。
彭城以東幾里便是泗水，南邊有一條支流為東睢水，諸侯軍一直逃到泗水岸邊，遙望河水廣闊，無船可渡，背後西楚兵追來，殺聲震天。諸侯軍便沿著泗水南逃，被楚騎殺得人人膽喪，只顧向前狂奔，不敢回敵，在泗水的支流東睢水前止步。諸侯見東睢水不如泗水寬闊，眼看楚騎追急，便跳入水中，希望游到對岸。誰知河水甚深，奔流又急，一入其中，盡皆溺水沉沒，東睢水為之斷流，諸侯軍被殺及死於水中十餘萬人，大部分是漢軍。
塞王司馬欣和翟王董翳當場投敵，因各自旗號不同，各方勢力一目瞭然。其他諸侯就沒這麼幸運了，河南王申陽、殷王司馬卬、常山王張耳這四人根本不想和項羽搏命，然而項羽可不想放過他們。此戰項羽擊殺河南王申陽、殷王司馬卬，並其軍。韓王信算是有些本事，率軍突圍而走，若非項羽兵力不足，他是很難逃走的。常山王張耳正是老奸巨猾，行若狐鼠，秦始皇抓不到他，趙王武臣、趙王歇也都拿他沒辦法，這次在項羽眼皮底下率軍溜了。
劉邦撥馬落荒而走，起初他不信項羽真的來了，只是對方疑兵之計，但見到項羽親兵之一丁公，劉邦再無遲疑，立即率殘部北逃。丁公與韓信有交情，知道韓信做了漢國的大將軍，順便賣個人情，沒有死纏爛打。
諸將拼死保著劉邦殺條血路北走，不久項羽親率騎兵追來，四面圍之三重。劉邦困在垓心，親兵左衝右突，不能突圍，如網中之魚、籠中之鳥。
項羽傳令軍中：“有生擒或殺死漢王者，封之為王。若敢私自放走者，誅及三族！”
西楚兵聞令，人人奮勇當先，各圖封王之賞。
漢軍自早晨戰至午後，尚未進食，又兼一路奔走，人飢馬乏。楚騎乘勝而來，銳氣正盛，勢如潮湧。
萬分危急之際，忽有大風從西北而來，聲如千軍萬馬，所過之處，樹木盡拔，屋瓦皆飛。但見滿空中沙石瀰漫，吹得人目不開，霎時間天昏地暗，漆黑如夜。此風正向著西楚騎兵迎頭打去，勢不可擋，楚騎戰馬受驚，立腳不住，各自向外圍散開。
劉邦虎口逃生，急率親兵趁勢奪路北走，逃出重圍，身邊僅有數十騎。劉邦到此刻都不知道項羽潛伏在蕭縣東，以為西楚軍和樊噲大戰，項羽突破封鎖南下。恰好路上遇到薛歐、王吸，奉命帶著劉邦家眷南下。
劉邦抵達彭城時，便派人令薛歐、王吸帶家眷到彭城。此刻劉邦與一對子女團聚，北上與樊噲會師，仍然是一個不錯的選擇。但這等常規操作，項羽豈會想不到？劉邦果斷放棄北上，立即向西轉向芒碭山，那裡是他的福地。
這幾年劉邦三次到碭縣，第一次是為躲避秦軍抓捕，在芒碭山躲了11個月，保了一命。第二次是攻克碭縣，得俘虜五六千人，戰俘比士兵還多。第三次是打不下昌邑，便回到碭縣休整，迎來了酈食其這個福星，接著便收酈商四千兵，打下重鎮陳留。
不久後面追兵又來了，這次是項羽麾下的將軍季布，緊一陣、慢一陣在後追趕，太尉盧綰得薛歐、王吸千餘兵力，不斷組織步兵阻擊，劉邦狼狽不堪，落荒而走。
好在項羽分兵多路追擊，季布人馬不多，劉邦等逃到芒碭山北側的碭縣，數百人大半著槍中箭，飢渴睏乏，面無人色。
彭城之戰，項羽三萬騎大破劉邦五十六萬大軍，斬首和擄獲二十餘萬，是冷兵器時代騎兵對步兵的一次巔峰之作。項羽損失了數千騎兵，戰馬則只剩十之一二。不過項羽兼併了塞王司馬欣、翟王董翳之兵，獲得河南王申陽、殷王司馬卬及漢王劉邦部分兵力，增加約十萬人馬。
圖-彭城之戰後形勢
彭城之戰前後，齊相田橫率軍瘋狂攻擊西楚的琅琊郡，攻佔大部分城邑。接下來項羽迫不得已還要北上與田橫和談，才能西進滎陽和劉邦決戰，這給了劉邦喘息之機。
