刘邦没有办法，尽管心不甘情不愿，却还是按张良的意思去办了。之前刘邦已经任命韩信为齐王，这次又正式给他划定地盘，把陈县(今河南周口市淮阳区)以东到海边的地方许给了他，又把睢阳到谷城之间的地盘划给了彭越，并封他为梁王。

果然，得到实惠的韩信和彭越马上就精神抖擞，韩信带来了三十万人马，彭越也领着数万之众前来会师。见到刘邦后，纷纷表示要刘邦同意他们立即进兵，前去与项羽决战。此时，刘邦又诱降了项羽的大司马周殷，汉军的将领刘贾也率一支队伍从项羽的侧后方袭来。这样一来，刘邦气势大涨，汉军反过来包围了楚军。

这种情况下，即便是天下无敌的项羽也不敢和汉军正面对抗了，想抽个空子钻出包围圈。但想走哪那么容易呢？汉五年(公元前202年)十二月，刘邦的大军终于在垓下(今安徽宿州市灵璧县)包围了边打边撤的楚军。

在垓下，刘邦手上有六十万人，项羽只有已经断粮的十万人马。越拖延，形势对项羽越不利，项羽决定主动和刘邦决战。但这个时候的项羽和刘邦已经和当年在彭城的情形不一样了，因为刘邦手上有了韩信这张王牌。

清晨，项羽身先士卒，率领十万楚军向汉军发动攻击。汉军方面，刘邦率领二十万人在后方压阵，韩信则指挥自己的队伍与项羽交战。韩信把自己的三十万士兵分作左、中、右三队，由韩信亲自率领的中路军首先和项羽交战。

即便到了这个时候，养精蓄锐过的十万汉军依然不是疲惫的十万楚军的对手，韩信亲临一线指挥才稍稍挡住楚军骑兵的冲击。但韩信没有慌乱，他在前线冷静观察战局，希望能最大限度地挫伤楚军的锐气。在确认阵前的楚军队伍已经发挥极限后，韩信才命令中路军回撤，同时命左右两路军队冲击，包抄楚军的两翼。虽然楚军将士作战依然英勇，可汉军的人数实在太多了，楚军的将士又实在太疲惫了。所谓“双拳难敌四手，猛虎架不住群狼”，战斗一直从清晨打到黄昏，项羽的楚军终于支持不住，只好退回垓下。

在巨鹿，项羽率领楚军将士以寡敌众，面对虎狼之师的秦军，他们挺住了；在彭城，他率领楚军将士以寡敌众，面对数十倍于己、以逸待劳的汉军，他们挺住了；在垓下，疲惫不堪、缺衣少食又以寡敌众的楚军将士终于挺不住了。

天下无敌的项羽也败了！

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