师东返之机自其背后发动偷袭。张、陈二人认为：“汉有天下太半，而诸侯皆附之。楚兵罢尽，此天亡楚之时也”，建议“不如因其机而遂取之”(《史记·项羽本纪》)。

刘于是采纳二人建议，遂背约，向楚军突然发起战略追击作战。大军追至夏南时，刘约集韩信、彭越南下，共同合围楚军。

五年十月，刘亲率二十多万大军追击十万楚军至固陵(今河南太康)。但此时，韩、彭二人没有一个兵合刘。项羽知后大怒，于清晨在此地发动突然反击，斩杀汉军近两万余人，再次将汉军击败。刘慌忙率军退陈下，并筑起堡垒守不，而楚军又一次合围了刘。

守垒的刘向张良询问：“诸侯不从约，为之奈何？”张良回答：“楚兵且破，信、越未有分地，其不至固宜。君王能与共天下，今可立致也。即不能，事未可知也。君王能自陈以东傅海，尽与韩信；睢以北至谷城，以与彭越：使各自为战，则楚易败也。”

于是，刘采纳张良的意见，将陈以东直到大海的大片领土封给齐王韩信；睢以北至谷城封给彭越。就这样，刘以加封土地为报酬，终于搬动了韩、彭二人，使他们尽数挥军南下，同时命令刘贾率军联合营布自淮地北上，五路大军共同发动对项羽的最后合围。垓下之战随之开始。

齐王韩信亲率三十万大军从齐地南下，占领楚都彭城和今天苏北、皖北、豫东等广大地区，兵锋直指楚军侧背，自东向西夹击项羽；

梁王彭越率军数万从梁地发，先南下后西，于刘本军共同楚军后退；

汉将刘贾率军数万会同九江王英布、合兵十万，自淮北发，从西南方发动对楚地的攻，先克寿，再攻下城父并将此城军民全屠尽；

而镇守南线的楚将大司周殷却在此时判楚，先屠灭六县，再与英布、刘贾会师，随后北上合击项羽；

同时，得到关中兵丁补充的刘则率本军二十多万固陵东；

汉军五路大军、合计近七十万之众，形成从西、北、西南、东北四面合围楚军之势，项羽被迫率十万楚军向垓下后撤。

汉五年十二月，刘、韩信、刘贾、彭越、英布等五路大军于垓下（今安徽灵璧南，一说今河南淮、鹿邑间)基本完成了对10万楚军的合围。刘立刻任命韩信为联军统帅，指挥大军作战。韩信命刘贾、英布军自南将楚军外围路全封闭，命彭越军自北封闭通路，韩信军三十万于刘本军主力则合成一，向困守垓下的十万楚军发起攻，展开决战！

当时的情况，楚军于绝对劣势：

一、西楚国位于长江以北的全土地均已失陷，十万楚军成为绝对的孤军；

二、楚军缺粮已经几个月，士兵饥饿，军队本没有半补给；

三、汉军联兵约七十万，且力饱满、粮充足、士气旺盛，而项羽孤军十万，连续久战疲惫，决战之时已是十二月的大冬天，而楚军刚从广武前线上撤下来，未经补给，多为穿着夏秋季的装备，寒冷饥饿，士气溃散；

四、汉军分五路有秩序推，先占楚土，再行合围，步步为营，包围圈完善，楚军难以发动突然的反攻；

五，楚军离江东五郡距离遥远，即使冲破包围圈，也很难在汉军的追击下及时回到己方领土，可以说是“突围无效”。

就是在这样一情况之下，韩信三十万主力于刘本军二十多万合兵一，排五座连阵，向盘距于垓下困守的十万楚军发起了最后的攻！