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汉王刘邦正在阳夏焦急地等待韩信与彭越的援军，忽然侦骑来报：“禀大王，项羽的主力已经离开固陵向南逃跑！”
刘邦闻听吃了一惊，他判断项羽弃城而走，固陵城内已经没有多少楚军防守，立即拍案而起，向众将下令道：“给我尽快拿下固陵追击项羽，决不能让他跑了！”
楚将钟离眛、令伊灵常等人率楚军拼死抵御，但毕竟手中兵力有限，最终抵挡不住汉军的攻势，钟离眛只好仅带着少数亲兵弃城突围而逃，楚国令伊灵常见大势已去，继续追随项羽前途渺茫，便放弃抵抗，与楚将利几带领守军打开城门向汉军投降。
为安抚楚地民心，刘邦未杀灵常和利几，而是给予优厚待遇，下诏封灵常为“阳羡侯”（秦置县名，今江苏省无锡市宜兴），封利几为“颍川侯”（秦置郡名，治所阳翟在今河南省禹州市），各享食邑千户。二人感恩于刘邦的赏赐，自此便跟随刘邦参战。
自固陵突围的钟离眛早已察觉项羽听信小人谗言，对他猜忌冷淡，不再予以重用，钟离眛心里明白，自己已经得不到项羽的信任，这次让自己留守固陵抵挡汉军进攻，说明项羽已经彻底放弃了自己，因此钟离眛逃出固陵后，没有去追赶项羽，彷徨之下不知去往何处。
钟离眛知道，自己曾多次击败汉军，斩杀汉军将士，夺取敖仓粮库，断绝汉军粮道，汉王刘邦几乎为此命丧荥阳，因此刘邦深恨自己，必欲除之而后快，面对走投无路的处境，钟离眛只好在楚地隐匿起来以躲避汉军追杀。
汉五年（公元前202年）九月，即刘邦称帝的当年，钟离眛终于没有逃脱汉军的追捕，被汉军抓获押往洛阳，汉高帝刘邦果然没有宽恕钟离眛，下令将其斩首示众，楚国一代名将就此殒命，也算死得其所（133）。
再说刘贾、英布与周殷占据了九江一带，截断了项羽回归江东的重要道路，至此，项羽除了江东发迹之地的一小块地盘之外，已经几乎丧失了楚国的全部国土。
攻取固陵之后，汉王刘邦率大军马不停蹄，继续沿着楚军撤退的路线向陈县方向追击项羽。汉军大将灌婴、靳歙得知汉王刘邦即将到达陈县，立刻从东面的彭城方向急行军四百里赶来，灌婴、靳歙首先攻下陈县东面一百六十里的楚军据点颐乡（今河南省周口市鹿邑县），扫清了陈县外围的楚军。
汉王刘邦得知自己的爱将灌婴率汉军精锐骑兵到来的消息，大喜，立刻带着柴武、蛊达、丁义等将领亲往颐乡与灌婴、靳歙会师。樊哙，周勃，夏侯婴三员大将也率汉军从阳夏赶来驻扎于陈县以西，对陈县形成钳形攻击之势。汉将刘贾、英布与降汉的楚军大司马周殷也从南面包抄上来，首先向陈县东面三百里的军事重镇城父（今安徽省亳州市城父镇）发起猛攻。
城父据守着项羽退往江东的最后一条道路，守卫城父的楚军深知此城的重要性，与城中百姓拒不投降，顽强抵御，接连击退汉军数次进攻。汉军经过一番激战，付出重大代价方才攻入城中。
英布、周殷不愧曾为楚霸王项羽的下属，二人愤恨城父军民殊死抵抗，破城后竟命令大军冲入城中，大肆屠城，将城中军民尽数杀死。
城父军民不畏强敌，奋起抵抗，不辱使命，虽死犹荣，其悲壮之举令人扼腕。
城父失守，项羽向南撤退的所有道路均已被汉军切断，此时的项羽，已经陷入汉军四面包围的极为凶险的境地。
汉五年（公元前202年）十二月，项羽看到楚军将士疲惫至极，无法摆脱汉军的追击，遂命楚军在陈县据守，加固城池，决意与汉军展开最后决战。汉王刘邦见自己的全部猛将自东、西、南三面赶到陈县，斗志昂扬，不等韩信与彭越的援军到来，便下令全军向陈县发起猛攻。
楚霸王项羽深知此战关系楚军命运，胜则可以重创汉军，迫使刘邦后退，有望突围继续南下，败则全军覆灭，楚国败亡，项羽丝毫不敢大意，抖擞精神，亲率楚军出城迎战，欲给予汉军迎头痛击，于颓势之下力挽狂澜，楚汉两军随即在陈县城下展开了空前激战。
项羽神勇依旧，挥舞虎头铁戢，跨坐乌骓宝马，疾如闪电，往来搏杀，虎头戟所到之处，无不人头落地，血肉飞溅，无人能够靠近，两军直杀得天昏地暗，尸横遍野，血流成河，经过一天激战，双方均付出了惨重代价。
但是，怎奈楚军兵力有限，众寡悬殊，虽然在项羽带领下奋力拼杀，也难敌几十万汉军将士自四面八方发起的猛烈进攻，楚军终于抵挡不住汉军潮水般的攻击渐渐不支，项羽见状，只好下令鸣金收兵，楚军退入陈县城内，据城防守。
项羽下令清点人马，不久项庄进来禀报，陈县一战楚军损失十余名部将和数万士兵，项羽听了，心情沉重，默然无语。
城父失守，退路被截，陈县又难以固守，项羽经过考虑，感到不能在此地滞留，便抱着最后一线希望弃守陈县，率楚军残部突然杀了出来向东撤退。原来，项羽已经事先看准了城父北面的地段是由叛楚归汉的周殷带领的九江军防守，其战斗力不强，便出其不意自城父北面杀开一条血路冲了出去，一直向东疾驰六百余里，到达了灵璧县南面大约四十里的垓下（今安徽省宿州市灵璧县垓下村一带），汉王刘邦见项羽突围而去，急令汉军全力追击。
此时，楚军刚经历了陈县激战，又长途奔波数百里，士兵已经极度疲惫，再也无力继续行军，项羽见垓下处于一个较高的土坡上，周围有自然形成的沟壑，核心地带尚存古人建立的土夯而成的城墙，便于防御，城墙周围是护城河，只是早已干涸，项羽无奈之下只好下令楚军在垓下作短暂停留，稍事休整之后继续向东南方向的江边撤退。
可以说，项羽到此时仍然保持着清醒的头脑，每走一步都经过了深思熟虑，毫不慌乱，最后败走垓下，既是无奈之举，也是唯一正确的抉择，因为此地距离长江直线距离最近，不过五百余里，过了江便是项羽的天下——身陷绝境的项羽直到此刻还抱着突围返回江东的最后希冀。
陈县一战，虽说两军力量悬殊，却是汉军与楚军正面对决的首次大胜，也是具有决定性意义的一战。项羽再遭重创，手中兵力已不足十万人，其中多有伤员，再也无力向汉军发起强有力的反击，而汉军将士斗志旺盛，粮秣充足，在汉王刘邦率领下，不顾疲劳，尾随楚军乘胜追击，很快便赶到垓下。
项羽见汉军自四面八方围了过来，已经无路可退，而且士兵疲惫不堪，实在无力奔逃，便下令楚军在垓下城周围构筑工事，加固营垒，准备与汉军展开防御战。
汉王刘邦在众将簇拥下，正骑着战马在垓下外围观察楚军动向，夏侯婴兴冲冲地赶来禀报说：“大哥，齐王韩信，梁王彭越率大军到达垓下，前来参见大王！”
刘邦闻听大喜，忙问夏侯婴道：“他二人带了多少人马？”
夏侯婴答道：“齐王带来三十万人马，梁王带来十万！”
说话间，齐王韩信，梁王彭越骑马来到刘邦面前，韩信与彭越下马向刘邦行了作揖之礼，韩信说道：“拜见大王，韩信来迟，望大王恕罪！”
彭越也赶紧拱手说道：“参见大王，甲胄在身，恕在下不能施以大礼！”
刘邦虽然对韩信与彭越没有迅速赶来参战很是不满，但是大战在即也不便加以斥责，便肃然说道：“来了就好，免礼罢！”
刘邦见韩信、彭越到来，汉军总兵力达七十余万之众，心里总算舒了一口气，他对众人说道：“寡人各路人马全部会合于此，我军兵强马壮，猛将如云，我倒要看看，项羽今番还能逃到哪里去！”
刘邦深知韩信的统兵能力无人可及，调动数十万人马作战非韩信莫属，遂当面授予韩信兵权，命韩信统帅全体汉军进攻垓下。
韩信受命后，手持长矛骑白马披银甲立于高处，仔细观察垓下楚军的布防情况。但见项羽在垓下设立了里外两道防线，外围防线工事坚固，防守严密，楚军正严阵以待，若是外围防线失守，楚军可退入核心防御垓下城内继续固守抵抗。
韩信不由得暗暗佩服项羽的部署，他知道项羽善于用兵，思路缜密，尤以战术见长，绝不可轻敌，尤其此时楚军处于绝地，必然作困兽之斗，全力相搏，接下来定是一场恶战。
因为汉王刘邦亲临前线与垓下近在咫尺，这让韩信不由得想起彭城之战刘邦所遭遇的险境，因而他制定作战方案格外谨慎，面对案上临时做成的垓下防御沙盘，韩信皱眉思索良久，方才做出战役部署。
也许是为着有意展示自己的军事才华，让众将看看自己自齐国带来的军队的作战能力，更可能是齐王韩信刚刚得到了汉王刘邦赏赐的封地而要报答汉王，韩信没有动用汉王的军队，他请刘邦居于大军中间督战，周勃、樊哙各率五万汉军守护于刘邦左右两侧，大将刘贾率五万汉军位于刘邦后方，确保汉王安全无虞，其余汉军作为战役预备队，四面八方团团围住垓下，随时听从调遣。
汉五年(公元前202年)一月这日清晨，关系楚汉两国命运的最后决战——垓下之战终于拉开了大幕。
齐王韩信将自己从齐国带来的三十万汉军精兵分为左中右三路，在垓下摆开进攻阵型，见一切部署停当，韩信大步来到中军阵前，向刘邦施礼说道：“禀报大王，汉军已经部署完毕，请大王下令，向垓下发起进攻！”
刘邦骑在战马上举起龙渊宝剑指向垓下，大声说道：“给我冲上去杀！”
韩信闻令，立刻命鼓手擂响战鼓，司号手高奏号角，鼓舞士气，韩信提枪上马，与柴武、丁礼一起，率中路十万汉军摆开阵型，率先向垓下外围楚军正面阵地发起强攻。
楚军准备充分，发现汉军发动攻势，便在营垒中密集放箭，拒止汉军接近垓下防线。汉军士兵训练有素，一手持盾，一手持剑，有效地挡住了射来的箭矢，项羽见汉军接近营垒，下令楚军反击，楚军士兵闻令冲出外围营垒拼死搏杀，汉军迎上前去与楚军展开近身激战。
韩信看到中路汉军数次冲击楚军营垒皆未奏效，一挥黄色令旗，传令兵随即高喊：“将军有令，后撤！”
中路汉军闻令退后，韩信随即左右挥舞红色令旗，传令兵再次高喊：“将军有令，左右两路进攻！”
左右两路汉军将领曹参、灌婴、傅宽、丁复看到韩信发出号令，立刻率领汉军从两个方向同时投入攻击。
立于垓下高处指挥作战的项羽见汉军突然由中路进攻变为左右两路同时进攻，急忙命楚军分成两路接住汉军鏖战。但见垓下战场战鼓轰鸣，旌旗飞扬，杀声震天，尘土蔽日，战况空前激烈。但是，楚军毕竟兵力不足，两面迎敌很是吃力，渐渐抵挡不住两路汉军的猛烈进攻。
两军正杀得难分难解之际，韩信看出端倪，立刻一挥令旗指向前方，传令兵见了立刻高呼：“将军有令，三路进攻！”
韩信与柴武、丁礼率中路汉军返身再次投入正面进攻，左中右三路汉军从三个方向方向合击垓下楚军。
楚军本来分成左右两路迎敌，造成中路空虚，汉军突然从中路杀来，战局立转，楚军顾此失彼，终于不支，开始出现混乱向后败退，汉军越战越勇，奋力冲杀，战场上留下了大量楚军士兵的遗体。
项羽看看难以抵挡汉军的三路进攻，急命楚军全部撤入第二道防线垓下城内坚守，项羽再次清点人马，得知这一战又折损了几万士兵，手中仅剩大约八万人。
韩信遂命各路汉军将垓下围得水泄不通，组织汉军反复向垓下城发起猛攻。项羽手持虎头铁戟站在高处亲自督战，楚军将士见霸王冒着箭矢参战，个个振作精神做殊死搏斗，居高临下奋力抵抗，汉军一时难以攻破楚军防御。
韩信看到楚军防守极为顽强，垓下城久攻不下，为了避免更大伤亡，下令汉军暂停进攻，另谋良策。
欲知后事如何，且看下回分解。
注解：
（133）钟离眛之死，版本不一，但《史记》中记载，钟离眛于汉五年（公元前202年）九月被汉军抓获，刘邦下令将其斩杀，而韩信遭诬告谋反被汉高帝诱捕一事发生在汉高帝六年（公元前201年）十二月，前后相差三个月，韩信不可能在三个月之前就知道汉高帝刘邦要抓捕自己从而迫使钟离眛自杀而亡。同时，这也不符合韩信知恩图报的性格与德行。
