陈胜、吴广在大泽乡起义的时候，楚将项燕的儿子项梁、孙子项羽叔侄也在会稽郡起兵。他们杀掉会稽郡守殷通，召集吴中地方的8000子弟兵，起兵反秦。不久，有消息说陈胜被秦将章邯打败了。项梁赶快率兵渡江北进，乘虚攻打章邯的后方。这时，一些反秦队伍都投靠到项梁的队伍里来，项梁很快就拥有了六七万人的队伍。后来，项梁又找到了楚怀王的孙子，立他为王，于是又有很多人赶来参加起义队伍。不久以后，在一次战役中，项梁被秦将章邯杀死。
章邯接着进攻当时自称赵王的赵歇。赵歇吃了败仗，一直退到巨鹿（今河北平乡）。章邯派兵包围了巨鹿。赵王向楚王求救，楚王于是派宋义为上将军，带领次将项羽、末将范增等北上救赵。宋义带兵进到安阳（今山东曹县东）后，听说秦军势力强大，就驻扎下来不再往前走了。项羽几次催促宋义向前进军，都遭到了拒绝。项羽一气之下杀了宋义，自立为将，派遣英布、蒲将军率领两万人渡过漳河，抢占阵地。接着，他自己率领全部兵马渡过河，去解救巨鹿之围。
楚军全部渡过漳河以后，项羽命令每个士兵准备好三天的干粮，然后叫大家把渡河用的船全都凿沉了，把做饭用的釜（古代的一种锅）全都砸破了，接着就率领人马向秦军阵地挺进。项羽用这种破釜沉舟的办法，来显示他有进无退、誓取胜利的决心。
项羽指挥楚军很快包围了秦将王离的军队，同秦军展开了九次激烈的战斗。楚军人人奋勇，个个争先，以一当十，终于大败秦军。章邯带着残兵败将急忙后撤，巨鹿大战以楚军胜利、秦军失败而结束。那些旧贵族派来的援军看到项羽大获全胜，又是佩服，又是害怕。从此项羽就做了上将军，诸侯的军队都归他统率。巨鹿一战，项羽率领的楚军击溃了秦军的主力，扭转了整个反秦战争的局势。
公元前202年，刘邦率军追击项羽到达固陵（今河南太康南），与韩信、英布、彭越军队合围项羽于垓下。刘邦军队达几十万人，在韩信的指挥之下将项羽团团围住，昼夜不停地轮番攻击。项羽兵少，连续作战，死伤惨重，加上军中无粮，士气低落，战斗力下降。包围圈越来越小，项羽只好坚守不出，寻找突围的机会。尽管汉军占绝对优势，但项羽渡江时率领的8000子弟兵同仇敌忾，誓死保卫项羽，屡次击退汉军的进攻。张良见楚军远远没有像预期的那样一击即溃，于是采用攻心战，让士卒唱起楚地的民谣。
楚军将士听到从四面八方传来的歌声，以为楚地全被刘邦占领，士气一落千丈，纷纷逃离军营，甚至连项伯也悄悄地投奔张良而去。项羽听见四面楚歌，以为汉军已经全部占领了楚地，于是陷入绝望。半夜在帐中饮酒，情怀悲凉，他不由得对着爱姬虞姬慷慨悲歌：“力拔山兮气盖世，时不利兮骓不逝！骓不逝兮可奈何，虞兮虞兮奈若何！”高歌数遍。虞姬哭着唱和，随后自刎，这就是霸王别姬的凄美故事。虞姬自杀后，项羽乘着乌骓马，率领身边的八百多名亲兵，杀出重围，向东南方驰去。
项羽逃到东城（今安徽涂县西北），身边仅剩下28名士兵。项羽看着尾随而来的汉军，不禁仰天长叹：“我从起兵到现在，八年中亲身作战70多次，所向披靡，才成为天下霸主。但是今天却被围在此地，这是上天要亡我啊。既然现在是必死无疑了，就让我速战速决，再胜三阵：突出重围，杀掉汉将，砍倒汉军旗帜。我要让大家明白这是上天要我死，并不是我仗打得不好。”他把28名骑士分成四队，说：“我先给各位杀一员大将，然后各位一齐冲击，到东山的三个山峰下会合。”汉军见项羽只有二十几个人，早已蜂拥而至，把项羽围得水泄不通。项羽催动乌骓马，吼声如雷，冲入汉军之中，竖劈横砍，如入无人之境，一员汉将还没明白是怎么回事，已被项羽削于马下。汉将赤泉侯杨喜率军围追堵截，想把项羽困住，被项羽一声怒吼，吓得倒退数里。
项羽再次突出重围，率领剩下的子弟兵继续向东南退却。当到达长江西岸的乌江（今安徽太和县东，长江西岸的一条支流）时，恰好乌江亭长划着一条船等在岸边，恳切地劝项羽返回江东。项羽断然谢绝了亭长的好意。项羽面对潮水般涌来的追兵，命令剩下的士兵全部下马，然后手持宝剑与汉军拼杀。项羽是抱着必死的决心拼杀的，因而格外勇猛，汉军死伤数百人，也没能抓住项羽。最后，项羽站在乌江边挥剑自刎，壮烈身亡。那一年，项羽只有31岁。