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，別忘了秦的前車之鑒。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。范曾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，也撥劍起舞，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。
鴻門宴之後，項羽便領兵西進，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(現在的陝西南鄭)。項羽自己稱為西楚霸王，掌握軍隊最高統帥權，被尊為義帝。