刘邦带着十多人成功逃脱之后，听说吕雉的各个吕泽正率领着汉军在下邑驻扎，于是就抄小道赶去和吕泽会师，并在途中把那些失散的汉军士卒都召集起来，在五月的时候到达军事要地荥阳。韩信也把那些失散的士卒召集了起来，同刘邦在荥阳进行了会师。此时，那些失散的士兵陆续回到了刘邦的管辖之下。但是，被楚军击溃的失散士卒，重新集结起来的人数毕竟有限，难以同项王进行军事对抗。危难时刻，萧何将关中地区青壮年男子以外的老（超过56岁）弱（未满20岁），也都一律征发调往荥阳前线，补充兵员，同时向荥阳调运粮草，汉军因此重新得以振作。楚军从彭城出发乘胜追击，与汉军交战于京（邑名，今荥阳县东南）、索（索亭，今荥阳县城）之间。
汉王于彭城惨败，各路诸侯又叛汉归楚，塞王司与欣、翟王董翳逃亡降楚。
楚军派骑兵攻击汉军，汉王从步兵中挑选善于骑马的士卒充当骑兵，军中都推荐原秦军骑士李必、骆甲。汉王想任命二人为骑兵将领，李、骆说：“臣原为秦地人，恐汉军士卒不能信任，愿能得到大王左右善于骑射的近臣随从。”于是，汉王任命灌婴为中大夫令，以李必、骆甲为左右校尉，统率新组建的骑兵与楚骑兵交战于荥阳东，大破楚军，楚军因此而不能过荥阳向西进军。当时，汉军驻守于荥阳，修筑通往黄河的甬道，从敖仓（秦朝修建的著名大粮仓，地处荥阳北的敖山上。）运送军粮，汉楚两军形成暂时的对峙的局面。
同年六月，汉王刘邦从荥阳前线回到都城栎阳。壬午日，汉王立儿子刘盈为太子，大赦罪人。汉军引河水灌废丘城，被围困在城中接近一整年的雍王章邯自杀身死，城中守军向汉军投降。至此，雍地已全部被汉军平定。
这一年的夏季，关中发生大饥荒，每斛米的米价高达万钱，甚至出现了人食人的现象。为渡过难关，汉王令关中百姓到蜀郡、汉中郡逃荒，以免饿死。
同年八月，因前线形势紧急，汉王不得不离开都城栎阳，前往荥阳。行前，汉王命萧何以丞相的身份作为关中留守，代表汉王主持汉政权的一切政务，令他扶持太子，为汉政权制定各项法律制度，即“为法令约束，立宗庙、社稷、宫室、县邑”，建立国家和地方各级政权。汉王赋予萧何对于那些来不及上奏的大事可以“便宜实施”的大权；待汉王回到栎阳后，向汉王作出报告即可。在汉军与楚军在荥阳对峙期间，萧何在关中建立了新的户籍制度，向前线调运军队所需的粮食，及时补充兵员，从未有过缺乏或断绝现象的发生，使得汉军在敌强我弱的形势下，有一个巩固的根据地。源源不绝地及时将粮草和补充兵员送往前线，使汉军得以多次度过危机和难关，为汉军的转弱为强提供了后勤上的充足保证。
萧何于留守关中期间，为建设和巩固汉政权、保证前线军粮和兵员补给方面所做出的贡献是巨大的。因此，在天下平定后的论功行赏时，萧何被名列第一。
汉王子彭城惨败后向西退走，塞王司马欣、董翳从汉军中逃走，投降楚军，齐国、赵国也叛汉与楚国讲和。
同年六月，魏王豹以回家探母为名请假离开汉军，回到封国便切断黄河西岸临晋关的通道，反叛汉王，与楚订约讲和。汉王派郦食其去游说魏豹，未能取得成功。
同年八月，汉王任命韩信为左丞相（领兵的虚衔），率兵攻打魏国。魏王豹在浦坂（今山西永济县西黄河东岸）驻扎有重兵，封锁临晋关。韩信为迷惑敌人，增设疑兵，摆开船只，假装将要在临晋渡黄河，实际上隐藏起来的部队却在夏阳（今陕西韩城县西南）利用木制盆瓮浮水渡河，偷袭安邑（今山西夏县西北）。魏王豹得知汉军已经渡过黄河，惊慌失措，急忙领兵迎击韩信，交战后成了韩信的俘虏。魏地平定后，设置了隶属于汉政权的河东郡。
汉王于彭城惨败后西退，陈余这时发觉张耳并没有死，当初汉王为向赵国借兵，用替代的张耳人头欺骗自己，因而十分恼怒，当即反叛汉王。
韩信既已平定魏地，派人向汉王请求拨给3万兵卒，北上进攻燕国、赵国，东击齐军，南绝楚军粮道。汉王允许韩信的请求，派张耳与韩信一道东进，北上攻击赵王赵歇、代王陈余。
同年闰九月，韩信击溃代王的军队，在阏与（今山西和顺县）活提了夏说。韩信在占领魏国、打败赵国后，汉王常常派人征调韩信所统率的精兵，开赴荥阳前线抵抗楚军。
汉王三年（公元前204年）十月，韩信与张耳只是率领数万士兵，想要东进占领井陉（即井陉口，在今井陉县西北）攻击赵国。赵王赵歇、成安君陈余得知汉军将要袭击自己，便把军队集结在井陉口，号称20万。陈余的谋士广武君李左车劝说成安君陈余：
“闻知韩信渡过黄河后，俘虏魏王，生擒夏说，刚刚血洗阏与，今有张耳辅助，商议着想要占领赵国，他们这是乘着胜利而离开本土远征，锋芒是不可抵挡的。我听说‘从千里外运送军粮，士兵就会挨饿而面有饥色；临时砍柴做饭，军队就不能经常吃饱’。如今井陉口这条道路，两辆车不能同时并行，骑兵不能排列成行前进，队伍被拉开数百里长，运粮车势必落在大部队的后面。希望您拨给我3万士卒做为骑兵，抄小路截断敌军的粮道。您深掘战壕，高筑壁垒，坚守营寨，不与敌兵交战。敌兵向前不得交战，后退不得回还，我用骑兵断绝敌人的后路，使他们在野外掠夺不到给养。如此不到十日，韩信与张耳两将的人头可以送至麾下，希望您能考虑我的这一计策。否则，必然被韩、张所俘虏。”
成安君陈余是个信奉儒家学说的人，平时常常称道“义兵”而不乐意用诈谋奇计。他说道：
“我听兵书上说‘兵力十倍于敌人，可以包围他们；超过一倍，则可以交战。’如今韩信的兵力号称数万，其实不超过数千。他们不远千里而来袭击我们，已经是精疲力竭了。在这种情况下，回避敌人，不予出击，以后有更强大的敌人，我们又怎能战胜他们！那样的话，诸侯会说我们怯懦，从而会轻视并攻打我们。”
陈余没有采纳李左车的计策。
韩信派出的间谍暗中窥视，得知陈余没有采纳李左车的计策，回来向韩信汇报，韩信十分高兴，这才敢率兵径直进军，在距井陉口30里的地方停下来宿营。半夜，韩信传令发兵：选轻骑兵2000人，每人手持一面红旗，抄小路上山，隐蔽在山上察看敌军的动静，并告诫他们说：
“赵军见我军退走，必定倾巢走出壁垒追击我们，你们趁机急速进入赵军壁垒，拔掉赵军的旗帜，插上汉军的红旗。”韩信命副将下令开顿小餐，并宣布说：“今日击溃赵军后正式会餐！”众将领不相信一日可破赵军，假装着答应道：“是的。”韩信又对军官说：“赵已抢先占据有利地形构筑营垒，况且他们没有见到我们的大将旗鼓，不肯出营攻击我们的先头部队，恐怕我们到了险要的地方会撤退回来。”
于是，韩信令1万士卒先行出战，背水布阵。赵军望见汉军背水布阵，便大笑起来。太阳刚刚升出地平线的时候，韩信打出大将的旗鼓，击鼓走出井陉口，赵军打开营门出击，双方激战很久。这时，韩信、张耳装作失败，丢弃旗鼓逃回河边的阵地。河边的部队打开营门接纳“逃回”的汉军，双方又展开激战。此时，赵军果然从壁垒中倾巢出动，争夺汉军丢弃的旗鼓，追逐韩信、张耳的逃亡部队。韩、张的部队全部进入河边汉军的阵地，汉军便与赵军展开殊死搏斗，赵军已无法击败汉军。这时，韩信所派出的2000名轻骑兵，待汉军倾巢出动争夺战利品的时机，急速进入赵军营垒，将壁垒上的赵军军旗全部拔去，插上2000面汉军红旗。赵军见不能取胜于汉军，不能生擒韩信等人，便打算退回自己的壁垒。当赵军退至自己的壁垒下面时，见上面插遍了汉军的旗帜，十分惊恐，以为汉军已将赵王的将领收服了，部队顿时乱作一团争相逃走。赵将斩杀逃走的士兵，但无法阻止溃退的形势。于是，汉军出兵夹击赵军，大败赵军，俘虏很多赵军兵卒。在躘水上斩杀成安君陈余，生擒赵王赵歇。这就是中国战争史上井陉口汉赵易帜的著名战例。
对赵军发起反击时，韩信下令军中，不得斩杀广武君李左车；有能活捉李左车的，赏赐千金。于是，有人捆绑着李左车送至韩信军营。韩信见到李左车，立即上前为李左车解去绳索，请他面东而坐，自己面西而坐，以侍奉老师的礼仪对待李左车。
汉军诸将领向韩信献敌军首级和俘虏表示祝贺，并趁机请教韩信：“兵书说：‘行军布阵，右边和背后要靠山，前面和左边要靠水。’这次将军却教我们背水布阵，还说等待击溃赵军后再会餐，我们都不信，然而竟然因此而取胜，这是什么战术呢？”
“这在兵书上是有的，只是诸位没有留心罢了。兵法不是说过‘陷之死地而后生，置之亡地而后存’吗？况且我所率领的不是平素受过训练而善于听从我指挥的将士，这就是所说的‘驱赶着市民去打仗’，在这种形势下，非把他们置于死地而使令他们人人主动作战不可；如果把他们布置在有活路的地方，交战后他们会首先想到逃生，怎能会使令他们对敌作战呢？”
众将领听了韩信的一番解说，都口服心服地称赞道；“好极了。将军的谋略不是我们所能比及的。”
韩信回答完部将的请问，便向对面的广武君李左车说：“我想向北攻击燕国，向东讨伐齐国，怎样才能取得成功？”
“我听说败军的将领，没有资格谈论勇敢；丧失国家的大夫，没有资格谋划国家的存亡。如今我是兵败国亡的俘虏，哪里配得上商议军国大事呢！”李左车答。
“我也听说百里奚居于虞国而虞国灭亡，在秦国却使秦国称霸，这不是他在虞国时愚蠢，到秦国后就聪明了。而是在于国君用不用他，是否听取他的计谋。假使成安君陈余听取您的计谋，我韩信也不早就成了赵军的俘虏了吗。正因为成安君没有采纳您的计谋，才帮助我韩信有幸侍奉于您啊。”韩信一再地向广武君请教，并说道：“我诚心听取您的计谋，望您不要推辞。”
广武君见韩信如此诚恳地向自己请教，便说道：“我听说‘智者千虑，必有一失；愚者千虑，必有一得。’所以说‘即使是狂人所说的话语，圣人也会有所采纳和选择的。’不过，我的计策不一定值得采纳，但愿意奉献我的愚忠。成安君本来有百战百胜的计策，可是一旦失策，兵败于轣（今河北高邑县东），身死于剧水之上。今将军渡过西边的黄河，俘虏魏王，生擒夏说于阏与，一举而攻下井陉，不到一上午便击破赵国20万大军，诛杀成安君。将军名声闻于海内，威势震动天下，农夫没有不放下手中的农具，想要跟着您穿好的，吃好的，侧耳倾听您下达进军的命令。这一切，都是将军的长处。”
然而，百姓劳苦，士卒疲惫，实在是难以继续作战。今将军想要率领疲惫的士卒，停顿在燕国坚固的城池下面，想要攻战又担心所用时间太长而不能攻克，实情暴露而声势削弱，日子一久，军粮耗尽，而弱小的燕国又不肯降服，齐国必然拒守边境使自己强大起来。燕、齐不肯降汉，而刘项两家的轻重就分不出来。这一切，都是将军的短处。我见识短浅，但私下以为攻伐燕、齐是不妥的。善于用兵的人，不以自己的短处去攻击敌人的长处，而是以自己的长处去攻击敌人的短处。
“那该采取什么办法呢？”韩信问。
“当今替将军着想，莫如休兵不动，安定赵国，抚恤阵亡将士的遗孤，使方圆百里之内，每天有人送来牛肉酒食，用来犒赏军官与士兵，摆出向北进攻燕国的姿态，再派遣说客带着书信向燕国显露自己的长处，如此燕国便不敢不听从降服。燕国既已服从，再派说客向东劝降齐国，齐国必定听到消息后就会降服。即使有聪明的人，也不知该怎样替齐国谋划了。”
韩信认为广武君讲得很对，听从了他的计策，向燕国派出使者，燕国得到消息后便立即降服。韩信派人向汉王汇报，并请求立张耳为赵王，用来镇抚赵国。汉王答应韩信的请求，立张耳为赵王。
楚国多次派奇兵渡过黄河袭击赵国，赵王张耳与韩信往来救赵，平定赵国的城邑。同时又调派军队去支援汉王。
韩信向东渡过黄河之后，俘虏了魏王，占领了魏地，同时又在井陉口这个地方战胜了赵国的二十万大军，将赵王擒获，占领了赵地，随后，有让燕国投降，这样就解决了来自北方的后顾之忧，让汉军的处境有所缓解，为日后与楚军的交手扩充了力量，改善了汉军敌强我弱的形势。可以说韩信在楚汉之争时的贡献十分强大。