建立漢朝
彭城大戰的時候，項羽捉獲了劉太公和呂雉。廣武對峙，他就綁起劉太公來要挾劉邦，說：“你不出來，我就烹了劉太公。”劉邦回答說：“我與你都曾是義帝的臣子，約為兄弟，我父親就是你父親，你如果想要烹了自己的父親，那就請分我一杯羹吧。”
如此言語，突顯了劉邦的流氓嘴臉，然而天下無敵的項羽，偏偏就對這個流氓毫無辦法。爭權奪利的斗爭中，溫文爾雅的形象是毫無作用的，劉邦的忍耐終于換來了豐碩的成果。項羽無計可施，他做不來干脆把劉太公和呂雉殺掉的決絕之事，便于漢王四年（前203）九月放回劉太公、呂雉等人質，和劉邦和談，約定雙方以鴻溝（在滎陽東南）為界，以東屬楚，以西屬漢。
和約達成，項羽回師東向。劉邦在張良、陳平的勸說下，突然發兵從后追擊，殺至固陵（今河南淮揚西北），因為韓信、彭越不來會合，遭到項羽的反擊，再次大敗。
韓信在攻克齊地后，考慮到前此劉邦在修武奪取他的士兵，就要求劉邦封其為假齊王（假是代理的意思）。當時劉邦正在滎陽苦守，聞言大怒，卻被張良、陳平暗踹其腳，提醒他不能在此緊要關頭失去了有力的盟軍。于是劉邦面上轉怒為喜，回答說：“大丈夫稱王就稱真的，當什么假王呀。”遂封韓信為齊王。固陵之戰，韓信等又不來救援，劉邦干脆答應破楚以后，把從陳縣以東直到海濱的土地都封給韓信，把睢陽以北直到榖城的土地都封給彭越。十二月，韓、彭及英布、周殷等各路兵馬齊集，把項羽團團包圍在垓下（今安徽靈壁南）。
劉邦讓士兵們全都學習楚國歌曲，整晚不停地演唱，項羽聽了大驚失色，以為楚地已盡被占領。他慷慨悲歌道：“力拔山兮氣蓋世，時不利兮騅不逝。騅不逝兮可奈何，虞兮虞兮奈若何！”于是告別心愛的美人虞姬，騎上良馬烏騅，率精銳800人奮戰突圍而出。等到渡過淮河，部下只剩了百余人。
霸王別姬年畫
最終項羽逃至烏江（今安徽和縣東北）邊，從者僅二十八騎。烏江亭長駛一葉小舟前來接他，說：“江東雖小，地方千里，眾數十萬人，亦足王也。愿大王急渡。今獨臣有船，漢軍至，無以渡。”項羽慨嘆道：“天要滅亡我，還回去干嘛呢？我當年率八千江東子弟西渡，到今天沒有一個能跟我回去，就算江東父老可憐我，仍然以我為王，我自己還有什么臉面去見他們呢？”于是把烏騅送給烏江亭長，自己奮勇迎戰追來的漢軍，又殺百余人，力盡自刎而死。楚漢戰爭就此結束，西楚滅亡。
次年（前202）正月，諸侯共舉劉邦為皇帝，定都洛陽，西漢建立。
項羽雖滅，但此時的劉邦也只是名義上統一了天下而已。包括韓信、彭越等新封諸侯，以及殘存的舊諸侯在內，關東大片土地依然獨立于中央管轄之外，漢朝實際控制地域還不足三分之一。劉邦所要迎接的，是一個更復雜、更艱難的削平割據的過程。這個過程，一直延續到他生命結束。
首先，劉邦先要對付自稱用兵“多多益善”的天才軍事家韓信。他在稱帝之初，就將韓信由齊王改封為楚王，以剝離其牢固的山東根據地。漢高祖六年（前201），劉邦偽游云夢，大會諸侯，趁機捕拿韓信，沒收封地，降其為淮陰侯。高祖十一年（前196），又捕殺梁王彭越。
韓信、彭越雖然擁兵自大，卻還沒來得及真正造反，劉邦所面對的第一撥造反勢力來自于北方。高祖五年（前202）七月，燕王臧荼造反，九月漢軍平滅臧荼，封盧綰為燕王。不久以后，陳豨、韓王信勾結匈奴單于冒頓（音莫毒），南下進攻太原。高祖七年（前200），劉邦親率大軍攻破韓王信，并殺向代谷（今陜西繁峙西北），希望一舉擊潰匈奴主力。
冒頓把壯士和肥牛馬都藏匿起來，劉邦的偵察人員看到的全是老弱殘兵，以及瘦弱的牲畜，于是回報說“匈奴可擊”。劉邦得到虛假情報，即率32萬大軍北伐，他所在的先頭部隊殺到平城（今山西大同西北）白登，被冒頓40萬大軍團團圍住。劉邦被困整整7日，多虧陳平獻計，派人賄賂匈奴閼氏（即王后），閼氏勸冒頓說：“兩主不相困。今得漢地，而單于終非能居之也。且漢王亦有神，單于察之。”冒頓這才解圍退兵。
劉邦逃出生天，采納婁敬的建議，與匈奴“和親”。本來是打算真把大女兒送過去的，可是皇后呂雉死也不肯答應，說：“妾唯太子，一女，奈何棄之匈奴？”劉邦沒辦法，只好挑選了一名宮女，假冒長公主，送去嫁給冒頓。高祖十二年（前195），燕王衛綰也起而造反，被樊噲打敗，逃往匈奴。
第二撥造反勢力來自于南方。淮南王英布，因為壯年時曾受秦朝的黥刑（在臉上刺字），也被稱為黥布，他被項羽封為九江王，后歸劉邦，在南方攻擊項羽側翼，建功頗偉。彭越被殺后，英布害怕同樣的命運也遲早會落到自己頭上，于是孤注一擲，掀起反旗。高祖十一年（前196）十月，已屆暮年的劉邦親自率兵南下，討伐英布。
兩位老戰友臨陣對面，劉邦問英布為什么造反，英布回答說：“欲為帝爾。”劉邦大怒，揮軍直進，終于平定叛亂，但他也在戰斗中被流矢射中。歸師途中，劉邦回到老家沛縣，召見故人父老子弟，痛飲了十多天酒。他想起百戰功成，英雄暮年，天下雖已基本平定，可是如韓信、英布等一流將才也被自己殺得差不多了，北方匈奴是最大的禍患，將來誰可抵御呢？左思右想，慷慨生哀，這才唱出了著名的《大風歌》。
劉邦回到都城后就一病不起。呂雉延請良醫前來給他診脈，醫生說“病可治”，劉邦破口大罵：“吾以布衣提三尺劍取天下，此非天命乎？命乃在天，雖扁鵲何益！”喝退良醫，不使治病，遂于高祖十二年（前195）四月，病逝于長樂宮中。
