項梁起義後，招募精兵八千，項羽當了將軍(副將)。為了方便稱呼，謀士範增建議由前楚懷王之孫熊心稱王，定都盱眙，仍稱楚懷王。項梁率領起義軍在與秦軍的戰鬥中節節勝利，產生了驕傲輕敵的思想。結果在定陶(今山東定陶縣西北)被韓率領的軍隊打敗，項梁死了。
定陶之戰後，秦軍北渡黃河，打擊起兵反秦的趙王邪和，將趙軍圍困在巨鹿(今河北萍鄉)。楚懷王任命宋軼為將軍，項羽為副將軍，並帶領他的部隊去救他。宋軼率兵到安陽(今河南安陽以南)，然後躊躇不前，駐軍46天。當時陰雨連綿，起義軍缺衣少食，陷入困境。項羽當機立斷，殺了，逼封他為大將軍，命令他立即出兵北救趙。
項羽引車入漳河南岸，與秦軍隔岸對峙。他先派英布、普將軍帶領兩萬將士渡河，切斷秦軍的運糧通道，然後帶領主力渡河，鑿沈船只，毀炊具，燒營寨，每人只取三天口糧。這就是著名成語“破釜沈舟”的由來。壹上戰場，楚軍就用雷霆萬鈞的行動包圍了秦軍。項羽壹馬當先，率先垂範。楚軍奮勇殺敵，打敗了，活捉了秦大將王力，殺死了秦副將蘇焦，逼得秦副將自殺，解了巨鹿之圍。當項羽的軍隊與秦軍激戰時，各路諸侯的援軍擠在壁壘上觀望，不敢參戰。戰鬥結束後，項羽召集援軍和將領。他們“進了轅門，跪著遊行，不敢擡頭”。項羽成了諸侯軍的統帥。
巨鹿之戰後，項羽乘勝追擊，秦軍節節敗退，軍心渙散。張寒見大勢已去，率領二十萬秦軍向項羽投降。項羽在西征途中，下令在新安城(今河南省聖池洞)將二十萬士兵全部殺光。這時，另壹個造反的漢高祖帶著秦軍的主力，被項羽牽制在巨鹿。關中空虛，占領鹹陽。
項羽不滿，率軍突圍入關，進入洪門(今陜西臨潼東北)。當時項羽的軍隊是40萬，漢高祖的軍隊不到10萬。雙方的實力相差很大。漢高祖實力輸給了項羽，於是采用了張亮的計劃，拉攏項羽的叔父項伯，親自到洪門懺悔罪過。鴻門宴上，刀光劍影在花屑交錯中閃現。項羽的謀士範增幾次舉起玉片，暗示項羽殺漢高祖，但項羽優柔寡斷，被漢高祖逃脫。這就是歷史上著名的“鴻門宴”的故事。項羽依靠強大的勢力暫時壓制了漢高祖。領兵進鹹陽，“殺秦降，燒秦宮，火不滅三月，收其財寶，女人往東”(史記？項羽本紀)。項羽依仗自己的軍事才能，假扮成諸侯和將軍，發號施令。他自立為西楚霸王，取梁楚地九郡(占江蘇、安徽、山東、河南部分地區)，定都彭城(江蘇徐州)。同時割地封王，分封十八王子。漢高祖封漢王、王漢忠、巴蜀，企圖限制漢高祖勢力的發展，防止其東移。結果養虎為患，導致日後漢軍勢力死灰復燃。
由於項羽分封不公，諸侯群雄不滿。先是田蓉反叛楚國，項羽迅速率軍討伐，漢高祖乘隙東進。公元前2008年8月，漢軍潛出漢中，擊敗項羽分封的秦地三王，迅速東進，直抵楊霞(今河南太康)。然後趁項羽和齊軍交戰的時候，沖進了楚國的都城彭城，項羽慌忙率領三萬精兵去救彭城。
這個時候漢高祖依靠大量的士兵，麻痹了敵人。項羽的軍隊急於收復失地，鬥誌旺盛。項羽率領三萬楚軍，出(今山東魚臺東南)至蕭(今江蘇蕭縣西北)，直抵彭城漢軍側翼。戰鬥在拂曉開始，儲君英勇頑強，邊打邊沖。到了中午，漢軍已經被打敗了。楚軍追到彭城東北的泗水，漢軍接連落水，死傷十余萬。漢軍逃到南部山區，楚軍追到靈璧(今安徽省)以東的綏水，消滅了幾十萬人。漢高祖只帶領數十騎逃出重圍，連妻子呂雉和父親太公也被項羽俘虜。彭城之戰，項羽當機立斷，迅速率領精兵救援彭城，出其不意，擊潰數十萬漢軍，堪稱戰爭史上的典範。
彭城之戰後，項羽乘勝追擊，與漢高祖在景邑、索亭(滎陽以西、以南)交戰，卻被擋在滎陽以東。雙方在高程地區已經爭執了兩年。這壹時期漢高祖采取正確的作戰指導，守住高程，在持久戰中消耗對方力量，伺機反擊；項羽與漢高祖決戰，卻不能快速進攻。雙方實力發生了根本性的變化，漢軍由弱變強，項羽由強變弱。漢高祖五年(2002年)，漢高祖出兵向項羽發起總攻，包圍了項羽軍團。至此，十萬楚軍疲憊不堪，士氣低落。入夜，四面八方傳來漢軍唱楚歌的聲音。項羽吃了鸛，借酒消愁，慷慨悲涼地唱道:“拔山就怒天下，不死不休。”。不死又能怎麽樣，但是擔心又能怎麽樣？”唱罷飛身上馬，率領八百騎突圍南下。到了東城(今安徽定遠東南)，只剩下28個人。他想渡過烏江重整旗鼓，但又覺得沒臉見江東的長輩。他苦戰了壹陣，橫劍而亡。
項羽是壹位卓越的軍事統帥。他能善戰，在戰場上英勇有力。巨鹿之戰，項羽破釜沈舟，以極少的對手消滅了秦軍的主力，客觀上為漢高祖入鹹陽推翻秦朝創造了條件。楚漢戰爭中，田蓉戰敗，程鵬得救，滎陽得救，高程被俘。他壹生打了幾十場仗，贏得了許多勝利。所以古人稱他為“百戰百勝之人”(蘇洵嘉佑集？吉翔)。
但是，項羽也是壹個悲劇人物。秦朝滅亡後，自稱霸主，忙於分封諸侯，扶持六國貴族殘余，違背了人民統壹的願望，造成了混亂的割據局面。他的行為很殘忍，殺了秦，殺了二十多萬士兵。入關後，秦宮被焚，三月大火不斷。他燒殺搶掠的暴行違背了人民的意誌，是他失敗的根本原因。項羽靠武功威懾諸侯，缺乏遠見，不爭取聯盟。他嫉賢妒能，不能用人，導致謀反，軍心渙散。在軍事上，他缺乏戰略家的眼光，剛愎自用，不滿足於自己的頁面。導致戰機屢屢丟失，沒有鞏固的後方基地，沒有足夠的糧食和兵力。他們雖然打了很多勝仗，但是卻由盛轉衰。所以項羽雖然軍事指揮能力出眾，但最終還是難以避免失敗。