劉邦（漢高祖）生於公元前256年12月24日，逝於公元前195年4月25日，又名劉季，是漢朝開國皇帝，是著名的政治家、戰術家和指揮家。在公元前202年，他將都城定在長安，並被稱為西漢。
劉邦稱王5年，稱帝8年，在他的統治期間，他首先斬蛇起義，推翻了秦朝；接著消滅了項羽，並建立了漢朝；他還制定了典章和制度；最後消滅了各個諸侯，維護了國家的統一。劉邦在登基後，消滅了韓信、彭越、英布、臧荼等異姓的諸侯王，並將土地分封給了九個同姓的諸侯王。
劉邦免除了徭役，重視農業，抑制了商業，以恢復社會經濟的破損狀況，穩定了封建統治的秩序。他對匈奴採取了和諧政策，並開放了漢與匈奴之間的關市。在公元前195年，劉邦因為討伐英布的叛亂，被射中了箭，並在同年去世，被追封為太祖，諡號高皇帝。
公元前256年冬季，劉邦在陽里村中誕生，與盧綰生於同一年月日，兩家相互非常親近。幼時他和盧綰相交甚好。劉邦的頭顱高耸，鬢角和鬍鬚漂亮，左大腿上有七十二顆黑痣。隨著年齡的增長，他不喜歡下地勞動，經常受到父親的責備，說他不如自己的哥哥會經營。日後在統一天下，劉邦還以此事和劉太公開玩笑：「您看我和劉仲到底誰創下了更大的基業呢？」
大人們都認為劉邦沒有遠大的志向，無法經營商業，也不善於勞動，沒有任何收入。但是劉邦仍然堅持自己的選擇。劉邦少時很崇拜魏國的公子信陵君無忌，想要加入信陵君的門下。於是他往西走到大梁，但是信陵君已經去世，原信陵君的門客張耳也招收了門客，因此劉邦投降到了張耳的門下，兩人成了密友。後來魏國灭亡，張耳被秦廷通缉，門客都散去了。劉邦回到了家鄉沛縣。
後來，劉邦成為了沛縣泗水亭長，時間久了，他和沛縣的官吏们熟络得很好，在當地也有了一些名聲。劉邦心胸很寬闊，在送往服役的人去咸陽的路上，碰到了秦始皇的大隊人馬巡游，遠遠地看去，秦始皇坐在裝飾精美華麗的車上氣勢洶洶，他羨慕地脫口說出：「大丈夫應該就是這樣！」
劉邦的妻子呂雉是呂公的女兒，呂公和家鄉的人因冤仇結下而來到了沛縣定居，因為沛令和他是好友。剛到沛縣時，很多人聽說了他和縣令的關係，所以人們紛紛上門拜訪，試圖拉近關係。劉邦也去湊熱鬧，當時主持接待客人的是在沛縣擔任主簿的蕭何，他宣布了一項規定：所有賀禮金不到一千錢的人，必須在堂下坐。
劉邦並不在乎這些，雖然他沒有帶一分錢去，但他卻對負責傳遞信息的人說：「我送賀禮金一萬！」呂公聽到了，趕快出來親自迎接他。一見劉邦氣派非凡，與眾不同，呂公非常喜歡他，就請他坐在上席。
呂公是一個喜歡給人相面的人，當他看到高祖的相貌時，就非常尊敬他。蕭何說：「劉季一向空口說大話，很少做成什麼事。」高祖趁機戲弄那些客人，毫不讓步地坐到了上位，並不退讓。
酒喝得歡樂，呂公向高祖送出眼神，讓他一定留下來。高祖喝完了酒，就留在了後面。呂公說：「從我年輕的時候我就喜歡給人相面，我給過的人太多了，沒有誰能和你劉季的相貌相比，希望你好好珍惜。」
呂公在賓客面前對劉邦表示了敬意，因為他很喜歡他的長相。呂公邀請劉邦成為他的女兒的丈夫，呂媼對此非常生氣，因為呂公曾經想過讓他的女兒嫁給更高貴的人，但現在卻隨隨便便就將她嫁給了劉邦。呂公認為這不是女人應該理解的事情，最終，他的女兒嫁給了劉邦。
呂公的女兒，就是呂后，生了孝惠帝和魯元公主。劉盈，漢惠帝，是她和劉邦所生的兒子，還有一個孩子，就是魯元公主，她嫁給了軟弱卻孝順的張敖。
劉邦以亭長的身份，為泗水郡押送徒役去驪山，然而，徒役們有很多人在半路逃走。劉邦估計，等到了驪山，徒役們也會都逃光，所以，當他走到芒碭山時，他停下來喝酒，利用夜晚，把所有的役徒都釋放了。劉邦說：「你們都可以逃命去了，從此我也要遠離這裡！」其中，有十多個壯士願意跟隨他一起走。
劉邦醉醺醺地，夜間沿著一條小路穿過沼澤地，讓一個人先前走。走在前面的人回來報告說：「前面有條大蛇擋在路上，不如回去吧。」
劉邦已經醉了，說：「大丈夫走路，沒有什麼可怕的！」於是他趕到前面，拔劍去劈大蛇。大蛇被劈成兩截，路徑開啟了，他繼續向前走了幾里，醉得厲害了，最終躺倒在地上。
後面的人來到斬蛇的地方，發現有一個老婦人在黑夜中哭泣。有人問她為什麼哭，老婦人說：「有人殺了我的孩子，我正在哭哀他。」有人問：「你的孩子為什麼會被殺？」老婦人說：「我的孩子是白帝之子，他曾變身成蛇，擋在路中間，如今卻被赤帝之子殺死，這就是我為什麼哭泣的原因。」眾人認為老婦人在說謊，正要毆打她，但老婦人卻突然不見了。
後面的人追上了劉邦，劉邦醒了過來。他們把剛才的事告訴了劉邦，劉邦心中暗自沾沾自喜，越發自負。他身邊的人也逐漸地畏懼他了。
在公元前 209 年，秦末的農民爆發了起義，陳勝和吳廣帶領起義軍攻佔了陳州（今河南淮陽），隨後陳勝建立了「張楚」政權，與秦朝公開對抗。此時，沛的縣令也想因應起繼續掌握沛郡的政權，蕭何和曹參當下都是縣令的主要官吏，他們勸告縣令召集流亡在外的人回來，一方面可以增加力量，另一方面也可以防止後患。
縣令認為有道理，便讓劉邦的摯友樊噲去尋找劉邦，劉邦隨後帶人回來。然而，這邊的縣令又悔改了，因為他害怕劉邦回來不好控制，恐怕最終被劉邦所殺，這等於是把狼帶進家門。因此，他命令關閉城門，並準備逮捕蕭何和曹參。
蕭何和曹參得知消息後，趕緊逃到城外。劉邦將信件射入城中，煽動城中的百姓起來殺死出頭天的縣令，大家一起保護自己的家鄉。
百姓對平時不夠關心他們的縣令很不滿意，殺了縣令後，他們打開城門迎接劉邦，並推舉他為沛公，帶領大家起事。劉邦順從了民意，設立了祭壇，立起了赤旗，自稱為赤帝的兒子，帶領民眾舉起了反秦的大旗。
那一年已經是公元前209年的10月，劉邦已經48歲了。在秦末農民戰爭中，還有一股強大的力量，那就是原本楚國貴族的後代項籍（也就是項羽，項羽名籍）和他的叔父項梁，他們在吳中（今天的江蘇省蘇州市）組織起兵，很快兵力就達到了近萬人。
劉邦在起事後立刻開始攻佔周圍的郡縣，首先是攻佔了胡陵和下方，並與泗水監在豐進行了一場大戰，最終破敗了泗水卒史周苛和周昌兄弟，使他們加入了劉邦的陣營。然後他令雍齒守護豐，自己率領軍隊進入薛，與秦軍大戰。郡守壯戰敗，逃至戚，沛公左司馬曹無傷追斬壯。
然後，劉邦率領軍隊又前往亢父和方與，任命曹參守護方與。這時，魏相周市前來攻擊方與，曹參率領軍隊迎戰。但是，雍齒卻在豐投降魏國。劉邦大怒，進攻豐。雍齒把城據以守，沛公的軍隊無法攻下豐。正在這個時候，劉邦生病了，因此還軍回到了沛。
當劉邦得知東陽寧君與秦嘉立景駒（在今沛縣東南）稱為楚王時，他決定投降景駒，藉此攻打豐國。在前往景駒的途中，他遇到了也要投降景駒的張良。因此，兩人聯合。
劉邦和張良在見面後，進行了交流。兩人互相敬重，很快就成為了很好的朋友。因此，張良放棄了投降景駒的念頭，直接投降劉邦。劉邦接受了張良，並任命他為軍隊的將領。
此時，秦軍的章邯派遣司馬尼攻佔了楚地，包括屠相（今安徽淮北市）和碭（今河南永城芒山鎮）。因此，沛公和東陽寧率領軍隊向西迎戰司馬尼，在蕭縣西與秦軍發生了戰鬥，結果不利。劉邦和東陽寧君退到了留地。在補充軍隊和糧草後，他們再次攻擊秦軍，在三天內攻陷了碭，獲得了五六千名軍卒。隨後，他們利用這場勝利，攻陷了下邑（今安徽碭山縣）。
這次，劉邦認為自己的軍隊已經充足，於是他從下邑出發，再次攻擊豐國，但仍然無法攻陷。此時，他得知項梁在薛地，於是他留下軍隊圍住豐國，自己帶領百多名騎兵前往薛見項梁。項梁與沛公的軍隊有五千人，還有十名五大夫將。他們攻擊豐邑，但雍齒無法抵抗，最終逃到魏國。
因此，沛公劉邦成為了項梁的大將之一。不久後，項羽攻陷了襄邑，也回到了薛地。當陳勝的死亡消息得到確認後，項梁召集了所有的將軍回到薛地，接受了居巢人范增的建議，立成戰國時的楚國懷王的後代為楚王，仍稱為楚懷王，都在盱眙。楚懷王任命陳嬰為國家的領袖，項梁稱自己為武信君。
在立楚懷王之後，項梁帶領軍隊北上救助齊趙，在亢父和東阿大戰中大破秦軍。此時，齊軍因為田間、田都、田角的原因，撤回了軍隊，只有楚軍追擊秦軍。因此，項梁下令楚軍分隊，以劉邦和項羽為帥，帶領楚軍的一部分攻擊城陽。劉邦和項羽帶領軍隊攻陷了城陽，屠殺了城中的人。然後，他們追擊秦軍到濮陽東，再次大破秦軍。此時，秦軍得到了補充，軍事力量恢復，守著濮陽和環水。但劉邦和項羽沒有與他們作戰，而是繞過去攻擊定陶。定陶未被攻陷，他們放棄了攻擊，轉而向西攻擊雍丘（今河南杞縣）。沛公的將軍曹參大破秦軍，斬殺了三川的守衛李由，並俘獲了一位秦侯。
之後，劉邦和項羽再次攻擊陳留，但仍未能攻陷。此時，秦軍的章邯大破了項梁在定陶的軍隊，項梁本人也在戰鬥中死亡。劉邦和項羽非常震驚，在商量後決定放棄陳留，回到東邊。劉邦和項羽分開軍隊，項羽的軍隊駐守彭城西，呂臣的軍隊駐守彭城東，而沛公的軍隊駐守碭。
項梁的死亡使得各地諸侯震驚不已，而秦軍更是利用戰勝的威勢不斷追趕逐北。章邯經歷了一連串的勝利，認為楚國已經不再值得擔心，因此向北進攻趙國。在攻陷邯鄲後，他將民眾遷移到河內。而趙軍退守巨鹿，章邯帶領軍隊進攻巨鹿，圍攻趙王歇和趙相張耳。
這時，楚懷王將都城由盱眙遷移到彭城，並將項羽軍和呂臣軍自願交付。他封項羽為長安侯，任命他為魯公；封沛公劉邦為武安侯，任命他為碭郡長，並將他的軍隊駐守在碭。任命呂臣為司徒，他的父親呂青為令尹。經過調整之後，楚國的局勢穩定下來。
趙王和張耳被困在巨鹿，遂派使者向楚國求援。楚懷王在商議後決定援助趙國。但為了分散秦軍的力量，他決定派遣一支部隊西往直接攻擊秦國。北路的楚軍以宋義為主將，西路的軍隊以劉邦為主將。他們約定，誰先進入關中，誰就是關中的王。
劉邦的軍隊從碭出發，先行收集陳勝和項梁的散兵。他們抵達成陽，與秦軍在那裡戰鬥。劉邦率領軍隊出擊，大破了秦軍，秦軍的將領王離逃走了。然後，劉邦帶領軍隊向西進，在昌邑遇到了彭越。
沛公和劉邦聯手攻擊昌邑，但是沒有攻下。在栗，他們遇到了剛武侯，奪走了他的軍隊，使沛公的軍隊增加了四千多人。之後，他和魏軍的將領皇欣和魏申徒武蒲軍合力攻擊昌邑，但仍然沒有攻下。最終，沛公和劉邦決定放棄攻擊昌邑，率領軍隊西進。
劉邦行軍至高陽，並訪求賢士。正好沛公軍隊中有一騎士家在高陽，於是回家探親。這時高陽人酈食其為其同鄉，於是就請他代為向劉邦引薦自己。他對騎士說：「我聽說沛公傲慢而看不起人，但他有許多遠大的謀略，這才是我真正想要追隨的人，只是苦於沒人替我介紹。」
你見到沛公，可以這樣對他說，『我的家鄉有位酈先生，年紀已有六十多歲，身高八尺，人們都稱他是狂生，但是他自己說並非狂生。」騎士說：「沛公並不喜歡儒生，許多人頭戴儒生的帽子來見他，他就立刻把他們的帽子摘下來，在裡邊撒尿。在和人談話的時候，動不動就破口大罵。
所以您最好不要以儒生的身份去向他遊說。」酈食其對他說：「你只管像我教你的這樣說。」騎士回去之後，就按酈生囑咐的話從容地告訴了沛公。
於是通過騎士引薦，酈食其見到了沛公。但劉邦在召見他時，正踞坐在床，令兩女子給其洗腳。酈食大為滿，長揖不拜，直接斥責道：「您是想幫助秦國攻打諸侯呢，還是想率領諸侯滅掉秦國？」劉邦罵道：「你個奴才相儒生！天下的人同受秦朝的苦已經很久了，所以諸侯們才陸續起兵反抗暴秦，你怎麼說幫助秦國攻打諸侯呢？」酈生曰：「如果您下決心聚合民眾，召集義兵來推翻暴虐無道的秦王朝，那就不應該用這種倨慢不禮的態度來接見長者。」於是劉邦起身道歉，整理好後以禮接待了酈食其。
當時，酈食其有個弟弟名叫酈商，陳勝起兵時，他亦聚數千人響應。酈食其歸漢，酈商率其部下約四千多人加入沛公隊伍。
酈食其勸劉邦進攻陳留，劉邦從其計，奪下陳留，得到大量補給。接著令酈商為將，進攻開封，未下。繞過西進，與秦將楊熊所率秦軍大戰於白馬、曲遇，大敗秦軍。秦將楊熊敗走。
沛公軍緊追其至白馬，再次大破秦軍，楊熊逃至滎陽，秦二世派使者斬殺楊熊。
消滅楊熊所部秦軍後，沛公率軍南下攻穎陽，屠之。而此時張良再次與劉邦相遇。之前，張良勸項梁立韓成為韓王，並隨韓王成西至韓地略地。但是一年多來，所略之地每占輒失，始終沒打開局面，因此游兵於穎川一帶。
劉邦率軍進至此，與張良的韓軍合兵，攻軒轅（今河南登封市西北）略定韓地。趙別將司馬卬欲渡河入關，劉邦率軍北上，攻平陰，破壞渡口。南下與秦軍再戰洛陽東，不利，南下陽城，收取城中軍馬。與南陽守齮戰於犨（今灑南平頂山西南）東，大破南陽秦軍。
楚軍追至南陽，想繞過直接西進。張良勸道：「沛公雖欲急入關，秦兵尚眾，距險。今不下宛，宛從後擊，強秦在前，此危道也。」於是劉邦還攻南陽。南陽守見楚軍去而復返，並包圍宛城。於是想自殺。於是他的門客陳恢勸他不要先死，並出使楚營。雙方約定後，南陽守投降。
劉邦率軍繼續西行，奪取了丹水（今河南淅川）。而高武侯戚鰓、穰侯王陵這時也加入劉邦所率領的楚軍，攻下西陵、胡陽。並且番君吳芮的部將梅鋗也至此，與沛公軍聯合，攻下析（今河南西峽縣）、酈等地。
劉邦所部楚軍進至武關東。於是派魏人寧昌使秦，而這時章邯也投降了項羽。趙高殺秦二世，令使者還報劉邦，欲約分關中。
劉邦以為趙高為詐計，於是從張良之計，使酈食其、陸賈遊說武關（今陝西丹鳳縣武關鎮）秦將降，然後襲擊武關秦將，奪取武關。之後，劉邦一面率軍西進，一面令酈商別將攻取了秦的漢中、巴、蜀等地。
接著漢軍再在嶢下擊敗秦軍，這樣劉邦所部楚軍進至秦都咸陽附近的藍田。秦廷在組織了最後的力量與劉邦軍隊大戰於藍田，劉邦軍隊沒有象當年周文那樣一敗塗地，而是大破秦軍。這樣秦朝失去了所有的抵抗力量。
漢元年十月，秦王子嬰素車白馬，系頸以組，降軹道（位於今陝西省西安市城區）旁，向劉邦獻上了傳國玉璽。秦朝至此滅亡，共立國15年零47天。
劉邦很得意地進入了咸陽城，以「關中王」自居。看著富麗堂皇的宮殿，劉邦有些留戀起來，準備就此住下，享受享受。樊噲勸他注意天下還沒有平定，別忘了秦的前車之鑑。劉邦根本聽不進去，直到張良親自來勸，他這才認識到了問題的嚴重性。於是，劉邦將軍隊撤退到了灞上。
劉邦到達灞上之後，便召集當地的名士，和他們約法三章：殺人者死，傷人及盜抵罪。其他秦朝的苛刻法制一律廢除，這使他得到了民心支持。
項羽在打敗章邯，迫使他投降之後，也領兵直奔關中而來。范增勸他趁機除掉劉邦這個對手，項羽就下令準備，要在第二天進攻。這時的劉邦在兵力上無法和強大的項羽相抗衡，他只有十萬軍隊，不可能戰勝項羽的四十萬精兵。最後是項羽的叔叔項伯「救」了劉邦：項伯和劉邦的謀士張良很要好，見項羽要進攻了，便連夜潛入營中找到張良，讓他趕緊走，以免被殺。張良卻說不能丟下劉邦，就將消息透露給了劉邦。驚慌之下，劉邦趕忙向張良要計策，張良讓劉邦趕緊去見項伯，說明自己沒有野心和項羽爭奪王位。
劉邦依計約到項伯，說明自己並無稱王野心，並於項伯約成兒女親家。項伯當天夜裡就返回了軍營，他對項羽說：「因為沛公先行進入關中，為我們掃除了入關的障礙，我們這才能順利地通過函谷關，沛公是有功勞的人，我們不應該猜疑他，應該真誠相待。」項羽聽了，便決定不再進攻劉邦。
第二天，劉邦來到了項羽的軍營，只帶了樊噲、張良和一百名精銳親兵。到了項羽的大帳鴻門，當面向迎接他的項羽賠禮道歉。[項羽請劉邦入內赴宴，項羽的亞父范增，一直主張殺掉劉邦，在酒宴上，一再示意項羽發令，但項羽卻猶豫不決，默然不應。[范增召項莊舞劍為酒宴助興，趁機殺掉劉邦，項伯為保護劉邦，也拔劍起舞，掩護了劉邦，沒有成功。這就是成語「項莊舞劍，意在沛公」的由來。後來劉邦藉故離開，回到了大營。
在鴻門宴上，劉邦表現出了極高的沉著與冷靜。能夠全身而退，除了張良、項伯、樊噲的力保之外，關鍵是劉邦的冷靜與沉著。
鴻門宴之後，項羽便領兵西進，項籍入咸陽，燒阿房宮、殺秦王子嬰。又分封各路將軍為王，劉邦被封為漢王，領地是巴、蜀和漢中共四十一縣，國都為南鄭（今陝西南鄭）。並封秦降將章邯、司馬欣、董翳（意）為雍王、塞王、翟王，領關中地，以扼制劉邦。同時削減劉邦軍隊至三萬人。項羽自己稱為西楚霸王，掌握軍隊最高統帥權。楚懷王熊心被尊為義帝。後來把義帝遷到別的地方給殺了。
項羽分封，表面上看去論功行賞，但是實際上卻是對原諸侯勢力進行重新組合，對服從自己的予以分封行賞，並沒有照顧原諸侯在本國的實力與影響。因此從一開始埋下亂源。而且他又拒絕了謀士自王關中的建議，堅決衣錦還鄉。
漢元年二月，諸侯罷戲下，各回國。劉邦只好忍氣吞聲接受封號，於四月領兵入漢中、並燒毀棧道（用木板架在懸崖上鋪成的道路），表示再也無意出兵，以麻痹項籍。11月，劉邦揮軍東出，拜韓信為大將，明修棧道，暗渡陳倉（今陝西省寶雞市東） ，名為義帝發喪，派人聯絡諸侯，公開聲討項籍，拉開了4年楚漢戰爭的序幕。
很快，在漢元年五、六月份，齊國貴族後裔田榮不滿分封，趕走齊王，殺膠東王，自立為齊王。劉邦乘亂重返關中，擊敗章邯，迫降司馬欣、董翳，並用計欺騙項籍，使其相信自己取得關中後已心滿意足，再也不會東進了。項籍放心去攻打田榮，對西邊沒有加強防範。項羽則最終陷入齊地泥潭無法抽身。這樣給了劉邦絕佳的機會。
公元前205年5月，劉邦乘項籍在齊國停留的機會，率領諸侯聯軍56萬一舉攻占彭城。短暫的勝利是劉邦失去理智，天天與諸侯們喝酒慶祝。項羽聞之，急率輕騎兵3萬奔襲，聯軍被殺十萬，溺水淹死十萬，劉邦僅率數十騎逃脫，反楚聯盟瓦解。
同年6月，劉邦到達滎陽，一路收集敗兵，並派韓信於蕭索之間擊敗了楚追兵，得以喘息，穩住了陣腳，遂重整軍隊，依託關中基地和有利地勢與項羽長期抗爭。7月，一直負隅頑抗的章邯終於兵敗自殺，劉邦解除了後顧之憂；且在逃往滎陽前便派人說服英布反楚，聯絡彭越擾楚後方；派韓信開闢北方戰場，攻魏俘魏王豹，破代，滅趙殺陳余。公元前205年冬，項羽發動反攻，圍困滎陽，形勢十分危急。劉邦用陳平反間計，使項羽懷疑范增，不用其謀，迫使范增怒而歸鄉。劉邦又派紀信裝扮成自己去楚軍詐降，乘機逃出滎陽。項籍加緊圍攻滎陽，並奪取成皋。
為了減輕楚軍對滎陽的壓力，劉邦率軍經武關、宛（今河南南陽）、葉（今葉縣南），想引誘項籍南下。為配合漢軍行動，此時韓信也率軍到達黃河北岸，聲援滎陽。彭越正在進攻下邳 （今江蘇邳州南）。項籍被迫率軍回救，劉邦乘機收復成皋。公元前204年7月，項籍以凌厲攻勢拔滎陽，再奪成皋。
劉邦一面命漢軍在鞏縣一帶堅守，阻擊楚軍前進，一面命韓信組建新軍擊齊，派人入楚腹地協助彭越進攻雎陽（今河南商丘南）、外黃等地，再次迫使項羽回救。公元前204年11月，劉邦用計再次收復成皋，斬殺了項羽大將曹咎。
項籍在擊敗彭越後，尋漢軍主力決戰不成，屯兵廣武（今滎陽北）與劉邦形成對峙。不久，韓信在濰水之戰中殲滅齊楚聯軍，完成對楚側翼的戰略迂迴，又派灌嬰率軍一部直奔彭城。項籍腹背受敵，兵疲糧盡，遂與漢訂盟，以鴻溝為界，中分天下，東歸楚，西歸漢。公元前203年10月，項籍引兵東歸。
楚、漢訂盟後，劉邦本想退兵，在張良、陳平提醒下，下令全力追擊楚軍。公元前203年11月，兩軍戰於固陵（今淮陽西北），項羽小勝。公元前202年1月，劉邦以封賞
籠絡韓信、彭越、黥布等，垓下一戰重創楚軍。
公元前202年1月，劉邦、韓信、劉賈、彭越、英布等各路漢軍約計70萬人與10萬久戰疲勞的楚軍於垓下（今安徽靈璧縣南）展開決戰。漢軍以韓信率軍居中，將軍孔熙為左翼、陳賀為右翼，劉邦率部跟進，將軍周勃斷後。
韓信揮軍進攻，採用誘敵深入戰術，前軍先詐敗，信引兵後退，命左、右翼軍包抄攻擊楚軍後部步軍。楚軍久戰疲勞後軍迎戰不利，漢軍將楚後軍與項羽前軍騎士分割兩半，韓信再指揮全軍反擊，楚軍大敗，陣亡四萬餘，被俘兩萬，被打散兩萬，僅剩不到兩萬傷兵隨項羽退回陣中。
後楚軍退入壁壘堅守，被漢軍重重包圍。楚軍兵疲食盡。韓信命漢軍士卒夜唱楚歌，歌云：「人心都向楚，天下已屬劉；韓信屯垓下，要斬霸王頭！」。
致使楚軍士卒思鄉厭戰，軍心瓦解，項羽只有率800人突圍至烏江（今安徽省和縣境），這時項羽身邊只剩下28騎了，一亭長願帶項羽逃至江東重振霸業，遭項羽拒絕。項羽帶著28騎大戰漢軍，最後全軍覆沒，項羽不願被俘受辱，於是在烏江自剄而死。
劉邦於是還至定陶，馳入韓信軍中，收奪了他的兵權，後改封韓信為楚王，都下邳（今江蘇邳州市東）。
在公元前202年2月，劉邦兌現了先前的諾言，封韓信為楚王，彭越為越王。受封的韓信和彭越聯合原來的燕王臧荼、趙王張敖以及長沙王吳芮共同上書劉邦，請他即位稱帝。劉邦開始假意推辭，韓信他們說：「大王雖然出身貧寒，但能率領眾人掃滅暴秦，誅殺不義，安定天下，功勞超過諸王，您稱帝是眾望所歸。」劉邦順水推舟地說：「既然你們大家都這樣看，覺得有利於天下吏民，那就按你們說的辦吧。」
公元前202年2月28日（按西漢前期以十月為歲首，同年二月在十月之後），劉邦在山東定陶汜水之陽舉行登基大典，定國號為漢。 劉邦即皇帝位後，初都洛陽，一個月後遷櫟陽，不久正式定都長安，開基肇始，史稱西漢。
劉邦晚年寵愛戚姬及其子趙王如意，疏遠呂后，幾次想廢黜呂后所生的太子劉盈（惠帝）而立劉如意。但因大臣反對，只好作罷。為了皇權的鞏固，劉邦費盡心機。本來他年齡就大，在平定英布叛亂時又中了箭傷，到了長安病情加重。呂后找來名醫，劉邦問他病情，醫生說能治，劉邦一聽口氣，就知道不會好了，氣得大罵醫生：「以布衣提三尺劍取天下，此非天命乎？命乃在天，雖扁鵲何益！」說完賞賜給醫生五十金打發他走了。
呂后看著彌留中的劉邦，問他死後人事的安排：「 蕭相國死後，由誰來接替呢？」劉邦說曹參。呂后問曹參之後是誰，劉邦說：「王陵可以在曹參之後接任，但王陵智謀不足，可以由陳平輔佐。陳平雖然有智謀，但不能決斷大事。周勃雖然不擅言談，但為人忠厚，日後安定劉氏江山肯定是他，用他做太尉吧。」呂后又追問以後怎麼辦，劉邦有氣無力地說：「以後的事你不會知道了。」
劉邦駕崩於公元前195年，即高祖十二年的四月二十五日（6月1日），享年六十二歲，葬於長陵（在今陝西咸陽），諡號為高皇帝，廟號是太祖。葬於長陵。長陵，位於西安市中心以北約20公里、咸陽市以東約20公里的窯店鎮三義村北。1988年，國務院將其列為全國重點文物保護單位。 長陵又名「長山」，是漢高祖劉邦與皇后呂雉（呂后）的陵墓。
他開創的漢朝奠定了中國封建社會的主要文化，即儒家思想影響下的文化制度。在南北朝時期，印度佛教的傳入，對儒家文化又產生了影響，了解漢朝的政治和文化制度，有助於理解中國古代的文化。
劉邦死後，群臣議定的廟號是」太祖」，諡號是「高皇帝」，正式的全稱為「漢太祖高皇帝」，簡稱廟號應該是「漢太祖」，簡稱諡號則是「漢高帝」，而不是人們習慣稱呼的「漢高祖」。《史記·卷八 高祖本紀第八》曰：「丙寅，葬。己巳，立太子，至太上皇廟。群臣皆曰：高祖起微細，撥亂世反之正，平定天下，為漢太祖，功最高。上尊號為高皇帝。太子襲號為皇帝，孝惠帝也。令郡國諸侯各立高祖廟，以歲時祠。」《漢書·卷一下 高帝紀第一下》文字相同，只是恐引起歧義，將《史記》中的「高祖」換為「帝」。
司馬遷《史記》作「高祖本紀」，首稱劉邦為「高祖」。蓋司馬氏為漢世宗孝武皇帝時人，孝武皇帝之皇考為孝景皇帝，孝景皇帝皇考為太宗孝文皇帝，孝文皇帝皇考即是太祖高皇帝，對武帝而言，高皇帝是自己的曾祖父。
按《爾雅》：「曾祖王父之考，為高祖王父」，照理講，漢武帝要稱呼太上皇（高帝之父）為高祖，但是《爾雅》上文郭注曰：「高者，言在最上。」《釋名》云：「高祖，高，皋也，最在上皋，韜諸下也。」《潛邱札記》云：「曾祖之父為高祖，然自是以上，亦通謂之高祖。」
《周書·康王之誥》：「無壞我高祖寡命」，高祖指文王、武王，這是以曾祖父、祖父稱「高祖」。因為周文王、武王是肇基建國之王，功高至偉，所以稱高祖，是最上之尊稱。同樣，漢武帝稱曾祖父高帝為「高祖」亦是此意，是後世子孫對於先祖的至高稱呼，司馬氏應該是使用當時漢朝對高皇帝的尊稱，以劉邦為「高祖」。