刘邦以亭长的身份为沛郡押送徒役去骊山，徒役们有很多在半路逃走了。刘邦估计等到了骊山也就会都逃光了，所以走到丰县西大泽乡时，就停下来饮酒，趁着夜晚把所有的役徒都放了。刘邦说：“你们都逃命去吧，从此我也要远远地走了！”徒役中有十多个壮士愿意跟随他一块走。刘邦乘着酒意，夜里抄小路通过沼泽地，让一个在前边先走。走在前边的人回来报告说：“前边有条大蛇挡在路上，还是回去罢。”刘邦已醉，说：“大丈夫走路，有什么可怕的！”于是赶到前面，拔剑去斩大蛇。大蛇被斩成两截，道路打开了，继续往前走了几里，醉得厉害了，就躺倒在地上，后边的人来到斩蛇的地方，看见有一老妇在暗夜中哭泣。有人问她为什么哭，老妇人说：“有人杀了我的孩子，我在哭他。”有人问：“你的孩子为什么被杀呢？”老妇说：“我的孩子是白帝之子，变化成蛇，挡在道路中间，如今被赤帝之子杀了，我就是为这个哭啊。”众人以为老妇人是在说谎，正要打她，老妇人却忽然不见了。后面的人赶上了刘邦，刘邦醒了。那些人把刚才的事告诉了刘邦，刘邦心中暗暗高兴，更加自负。那些追随他的人也渐渐地畏惧他了。
在公元前209年，秦末农民起义爆发，陈胜、吴广率领起义军攻占了陈（现今的河南淮阳）以后，陈胜建立了“张楚”政权，和秦朝公开对立。这时，沛的县令也想响应来继续掌握沛郡政权，萧何和曹参当时都是县令手下的主要官吏，他们劝县令将本县流亡在外的人召集回来，一来可以增加力量，二来也可以杜绝后患。县令觉得有理，便让刘邦的挚友樊哙把刘邦找回来，刘邦便带人往回赶。这边的县令却又后悔了，害怕刘邦回来不好控制，弄不好还会被刘邦所杀，等于是引狼入室。所以，他命令将城门关闭，还准备捉拿萧何和曹参。萧何和曹参闻讯赶忙逃到了城外，刘邦将信射进城中，鼓动城中的百姓起来杀掉出尔反尔的县令，大家一起保卫家乡。百姓对平时就不太体恤他们的县令很不满，杀了县令后开城门迎进刘邦，又推举他为沛公，领导大家起事。刘邦便顺从民意，设祭坛，自称赤帝的儿子，领导民众举起了反秦大旗。这一年已经是前209年10月，刘邦已经有48岁了。秦末农民战争中还有一支强大的力量，这就是原来楚国贵族的后代项籍和叔父项梁，他们在吴中（现今的江苏的吴市）起兵，兵力很快达到了近万人。在项梁死后，项羽决定和刘邦一起西进关中。
开始时，刘邦也不太顺利，但经过几次战役，刘邦步步西进，大破秦兵。公元前207年12月，刘邦率大军到达了咸阳东边不远处的灞上（今陕西省西安市东），秦王子婴见大势已去，只得献城投降，将玉玺亲手交给了刘邦，秦国至此灭亡，共立国15年零47天。 刘邦很得意地进入了咸阳城，以“关中王”自居。看着富丽堂皇的宫殿，刘邦有些留恋起来，准备就此住下，享受享受。樊哙劝他注意天下还没有平定，别忘了秦的前车之鉴。刘邦根本听不进去，直到张良亲自来劝，他这才认识到了问题的严重性。于是，刘邦将军队撤退到了灞上。
刘邦到达灞上之后，便召集当地的名士，和他们约法三章：杀人者死，伤人及盗抵罪。其他秦朝的苛刻法制一律废除，这使他得到了民心支持。
项羽在打败章邯，迫使他投降之后，也领兵直奔关中而来。范增劝他趁机除掉刘邦这个对手，项羽就下令准备，要在第二天进攻。这时的刘邦在兵力上无法和强大的项羽相抗衡，他只有十万军队，不可能战胜项羽的四十万精兵。最后是项羽的叔叔项伯“救”了刘邦：项伯和刘邦的谋士张良很要好，见项羽要进攻了，便连夜潜入营中找到张良，让他赶紧走，以免被杀。张良却说不能丢下刘邦，就将消息透露给了刘邦。惊慌之下，刘邦赶忙向张良要计策，张良让刘邦赶紧去见项伯，说明自己没有野心和项羽争夺王位。
刘邦依计约到项伯，说明自己并无称王野心，并于项伯约成儿女亲家。项伯当天夜里就返回了军营，他对项羽说：“因为沛公先行进入关中，为我们扫除了入关的障碍，我们这才能顺利地通过函谷关，沛公是有功劳的人，我们不应该猜疑他，应该真诚相待。”项羽听了，便决定不再进攻刘邦。
第二天，刘邦来到了项羽的军营，只带了樊哙、张良和一百名精锐亲兵。到了项羽的大帐鸿门，当面向迎接他的项羽赔礼道歉。项羽请刘邦入内赴宴，项羽的亚父范增，一直主张杀掉刘邦，在酒宴上，一再示意项羽发令，但项羽却犹豫不决，默然不应。范增召项庄舞剑为酒宴助兴，趁机杀掉刘邦，项伯为保护刘邦，也拔剑起舞，掩护了刘邦，没有成功。这就是成语“项庄舞剑，意在沛公”的由来。后来刘邦借故离开，回到了大营。
在鸿门宴上，刘邦表现出现了极高的沉着与冷静。能够全身而退，除了张良、项伯、樊哙的力保之外，关键是刘邦的冷静与沉着。
鸿门宴之后，项羽便领兵西进，分封各路将军为王，刘邦被封为汉王，领地是巴、蜀和汉中共四十一县，西楚霸王，掌握军队最高统帅权。楚怀王熊心被尊为义帝。 会战项羽
公元前207年12月，刘邦灭秦后在关中称王。公元前206年1月，项籍挥军破函谷关，想消灭刘邦军。刘邦自知不敌，亲赴鸿门(今陕西临潼东北)谢罪。不久，项籍入咸阳，烧阿房宫、杀秦王子婴。春，项籍表面上尊楚怀王为义帝，实际却将其发配到了江南，自立为西楚霸王，定都彭城(今江苏省徐州市)，同时分封18诸侯，封刘邦为汉王，领巴蜀及汉中地，并故意封秦降将章邯、司马欣、董翳(意)为雍王、塞王、翟王，领关中地，以扼制刘邦。刘邦只好忍气吞声接受封号，于四月领兵入汉中、并烧毁栈道(用木板架在悬崖上铺成的道路)，表示再也无意出兵，以麻痹项籍。项羽亦率军东归。6、7月，齐国贵族后裔田荣不满分封，赶走齐王，杀胶东王，自立为齐王。刘邦乘乱重返关中，击败章邯，迫降司马欣、董翳，并用计欺骗项籍，使其相信自己取得关中后已心满意足，再也不会东进了。项籍放心去攻打田荣，对西边没有加强防范。11月，刘邦挥军东出，拜韩信为大将，明修栈道，暗渡陈仓 (今陕西省宝鸡市东) ，名为义帝发丧，派人联络诸侯，公开声讨项籍，拉开了4年楚汉战争的序幕。
初战彭城
公元前205年5月，刘邦乘项籍在齐国停留的机会，率领诸侯联军56万一举攻占彭城。项羽闻之，急率轻骑兵3万奔袭，联军被杀十万，溺水淹死十万，刘邦仅率数十骑逃脱，反楚联盟瓦解。
争夺成皋
同年6月，刘邦到达荥阳，一路收集败兵，并派韩信于萧索之间击败了楚追兵，得以端息，稳住了阵脚，遂重整军队，依托关中基地和有利地势与项羽长期抗争。7月，一支负隅顽抗的章邯终于兵败自杀，刘邦解除了后顾之忧；且在逃往荥阳前便派人说服英布反楚，联络彭越扰楚后方；派韩信开辟北方战场，攻魏俘魏王豹，破代，灭赵杀陈余。公元前205年冬，项羽发动反攻，围困荥阳，形势十分危急。刘邦用陈平反间计，使项羽怀疑范增，不用其谋，迫使范增怒而归乡。刘邦又派纪信装扮成自己去楚军诈降，乘机逃出荥阳。项籍加紧围攻荥阳，并夺取成皋。
为了减轻楚军对荥阳的压力，刘邦率军经武关、宛(今河南南阳)、叶(今叶县南)，想引诱项籍南下。为配合汉军行动，此时韩信也率军到达黄河北岸，声援荥阳。彭越正在进攻下邳 (今江苏邳州南) 。项籍被迫率军回救，刘邦乘机收复成皋。公元前204年7月，项籍以凌厉攻势拔荥阳，再夺成皋。
霸王别姬
刘邦一面命汉军在巩县一带坚守，阻击楚军前进，一面命韩信组建新军击齐，派人入楚腹地协助彭越进攻雎阳(今河南商丘南)、外黄等地，再次迫使项羽回救。公元前204年11月，刘邦用计再次收复成皋，斩杀了项羽大将曹咎。
项籍在击败彭越后，寻汉军主力决战不成，屯兵广武(今荥阳北)与刘邦形成对峙。不久，韩信在潍水之战中歼灭齐楚联军，完成对楚侧翼的战略迂回，又派灌婴率军一部直奔彭城。项籍腹背受敌，兵疲粮尽，遂与汉订盟，以鸿沟为界，中分天下，东归楚，西归汉。公元前203年10月，项籍引兵东归。
楚、汉订盟后，刘邦本想退兵，在张良、陈平提醒下，下令全力追击楚军。公元前203年11月，两军战于固陵(今淮阳西北)，项羽小胜。公元前202年1月，刘邦以封赏笼络韩信、彭越、黥布等，垓下一战重创楚军，逼项籍自刎于乌江 (今安徽省和县境) ，终于结束了为期4年的楚汉战争。
四面楚歌
公元前202年1月，刘邦、韩信、刘贾、彭越、英布等各路汉军约计70万人与10万久战疲劳的楚军于垓下（今安徽灵璧县南）展开决战。汉军以韩信率军居中，将军孔熙为左翼、陈贺为右翼，刘邦率部跟进，将军周勃断后。韩信挥军进攻，采用诱敌深入战术，前军先诈败，信引兵后退，命左、右翼军包抄攻击楚军后部步军。楚军久战疲劳后军迎战不利，汉军将楚后军与项羽前军骑士分割两半，韩信再指挥全军反击，楚军大败，阵亡四万余，被俘两万，被打散两万，仅剩不到两万伤兵随项羽退回阵中。后楚军退入壁垒坚守，被汉军重重包围。楚军兵疲食尽。韩信命汉军士卒夜唱楚歌，歌云：“人心都向楚，天下已属刘；韩信屯垓下，要斩霸王头！”。致使楚军士卒思乡厌战，军心瓦解，项羽只有率800人突围至乌江（今安徽省和县境），这时项羽身边只剩下28骑了，一亭长愿带项羽逃至江东重振霸业，遭项羽拒绝。项羽带着28骑大战汉军，最后全军覆没，项羽不愿被俘受辱，于是在乌江自刭而死。刘邦于是还至定陶，驰入韩信军中，收夺了他的兵权，后改封韩信为楚王，都下邳（今江苏邳州市东）。 在公元前202年2月，刘邦兑现了先前的诺言，封韩信为楚王，彭越为越王。受封的韩信和彭越联合原来的燕王臧荼、赵王张敖以及长沙王吴芮共同上书刘邦，请他即位称帝。刘邦开始假意推辞，韩信他们说：“大王虽然出身贫寒，但能率领众人扫灭暴秦，诛杀不义，安定天下，功劳超过诸王，您称帝是众望所归。”刘邦顺水推舟地说：“既然你们大家都这样看，觉得有利于天下吏民，那就按你们说的办吧。”
公元前202年2月28日，刘邦在山东定陶汜水之阳举行登基大典，定国号为汉。
即位的同年6月，刘邦在洛阳的南宫开庆功宴，宴席上，他总结了自己取胜的原因：“论运筹帷幄之中，决胜于千里之外，我不如张良；论抚慰百姓供应粮草，我又不如萧何；论领兵百万，决战沙场，百战百胜，我不如韩信。可是，我能做到知人善用，发挥他们的才干，这才是我们取胜的真正原因。至于项羽，他只有范增一个人可用，但又对他猜疑，这是他最后失败的原因。”刘邦的总结确实说对了，战争的胜败，人的因素总是最重要的。
后来，刘邦迁都长安是因为一个叫娄敬（因被赐姓刘，又称刘敬）的士卒的提醒，娄敬从山东赶来见刘邦，说刘邦得天下和先前的周朝不一样，所以不应该像周朝那样以洛阳为都城，应该到关中定都，这样便可以在秦地固守险地，国家才能长治久安。张良同意娄敬的建议，他说关中是“金城千里，天府之国”，退可守，攻可出。刘邦听了表示同意，于是很快将都城迁到了长安。 刘邦虽然做了皇帝，但他也没有敢对自己的皇位掉以轻心。他在设盛宴招待英布等大臣时，曾经对在场的父亲丰公夸耀说：“原先您老经常说我是个不干活不读书的无赖，没有二哥能理家治业。如今我做了皇帝，您看现在是二哥的财富多，还是我的财富多呢？”不过在享受的同时他也采取措施对皇权进行了巩固。
第一个让他不放心的就是在各地的异姓王。他们都有兵将，有的还有三心二意。第二个问题就是其他将领，为功劳大小和赏赐的多少争斗不止，如果安抚不当，就会投奔那些异姓王作乱。还有原先六国的后代也不能掉以轻心。在中央，丞相的权力对他这个皇帝也构成了威胁。刘邦从做了皇帝，到最后病死，中间有八年时间，基本上都用在了解决这些让他不放心的问题。
他先收拾的是韩信。在公元前201年，即高祖六年，有人告发韩信谋反。刘邦问怎么办，大家说发兵讨伐。但陈平却反对，他说楚国兵精粮足，韩信又善于用兵，发兵很难取胜。他建议刘邦以巡游云梦为借口，让各诸侯王都到陈县（现今的河南淮阳），到那时韩信一定会来，然后再抓他问罪。刘邦依计行事，果然将韩信抓住了。韩信听到对他的指控，大声喊冤：“古人说的果然不错：‘狡兔死，良狗烹；高鸟尽，良弓藏；敌国破，谋臣亡。’现在天下已经平定，我这样的人也早就该烹杀了。”刘邦将韩信押到了洛阳，但又没有明确的证据，便释放了他，但降成了淮阴侯。这使韩信怀恨在心。
第二年，韩信谋划让陈豨在外地反叛，使刘邦亲自前去平叛，然后自己在都城袭击太子和吕后。但还是事情败露。吕后采用了萧何的主意，将韩信诱骗入宫抓捕，最后在长乐宫斩首，留下一个“成也萧何，败也萧何”的成语。除了韩信，其他诸侯王如彭越等人也被消灭，只剩下了长沙王吴芮。
对于其他将领，刘邦也颇费心机。开始，刘邦先是分封了萧何等二十余人官职，但众将领因为互不服气，争功不止，刘邦就没有封官。一次，在洛阳南宫，刘邦看见众将坐在沙地上不知在说什么，问身边的张良怎么回事，张良说他们在谋反。刘邦问为什么，张良说怕他以后不会封他们高官。刘邦又问怎么办，张良就问他最恨的人是谁，刘邦说是雍齿，因为他虽然功劳多，但太张狂，自己曾经想将他杀掉。张良听了就让他封雍齿为侯，这样，大家就觉得被刘邦记恨的雍齿都能受封，他们就更不用着急了。于是，刘邦大摆庆功宴，封雍齿为什方侯，还当场命丞相和御史抓紧时间草拟论功行赏分封的名单。张良的计策果然奏效，众将的心都安定了。
对于六国的后裔，刘邦则将他们和地方的名门望族共十几万人全部迁到关中居住，置于中央控制之下，消除了后顾之忧。
关于丞相的过大权力，刘邦通过把萧何下狱来打击削弱相权。在刘邦平定了黥布叛乱回到长安后，萧何提议把上林苑开放，让百姓去耕种，因为上林苑基本上已经荒芜，并不是养兽供皇帝狩猎的地方。刘邦一听就恼了，硬说萧何拿了商人的贿赂，所以才替他们说话，借百姓之名为商人牟利。刘邦将萧何关进了监狱，几天后，有大臣问丞相犯了什么罪，刘邦却为自己狡辩说：“原先李斯做秦国的丞相，凡是功劳都归始皇，不好的事都由自己承担。但现在丞相萧何却接受了商人的贿赂，替他们求我开放上林苑，刁买人心。因此要治他的罪。”通过打击元老功臣萧何，刘邦在削弱相权的同时将皇帝的权力提高了。
在巩固强化皇权方面，刘邦也是想尽了办法，一是通过尊父亲太公为太上皇，二是通过对季布和丁公的处理。这两件事最终达到了他的目的。
在经历了春秋和战国长期的混乱之后，又经历了短期的秦朝统治，再加上秦末战争，这使得人们心中没有忠君的观念，还保持着战国以来就形成的“士无常君，国无定臣”的思想，这不利于皇权的巩固。刘邦通过尊重父亲来教育大臣和百姓遵循礼法，尊重长辈，效忠君主。
刘邦和父亲刘太公在一起住，为了向大家表示他孝顺，每五天就去拜见一次。太公觉得没什么，也习惯了。但太公的属官却觉得不合适，就劝他说：“俗话说，天无二日，地无二主，当今皇帝是您的儿子，但他也是人主。您虽是他的父亲，但也是他的大臣。让他这个主人拜见您这个大臣，不合礼仪。况且这样也显不出皇帝的威严。”
等刘邦再拜见父亲时，太公就提前拿着扫帚出门相迎，然后倒退着进屋，不给刘邦行礼机会。刘邦很吃惊，跳下车去搀扶父亲，太公赶忙说：“皇帝贵为人主，不能因为我一个人破坏了国家的礼法。”刘邦便下诏书，尊太公为太上皇，这样一举两得，不但明示了皇帝的尊严，他也可以顺理成章地拜见父亲了。刘邦很崇尚孝道，称帝后将父亲刘执嘉接到皇宫居住，封父亲为太上皇。太上皇在皇宫生活日久了就终日闷闷不乐，刘邦忐忑不安，私下问太上皇侍从，侍从回答说：“太上皇以前在家乡丰县城生活时每天都和邻居亲朋在一起以踢球、斗鸡、喝酒为乐，现在没有人能陪太上皇，因此才闷闷不乐。”于是刘邦在皇宫附近为父亲盖起一座新丰城，又将丰县部分亲朋邻居迁来居住。新丰城街巷布局跟家乡丰县城一模一样，连迁来的相邻老幼和鸡犬都能认得各自的居所。
第二件事是对同母异父兄弟季布和丁公的处理。在刘邦和项羽争天下时，他们两都是项羽手下的大将。季布领兵几次将刘邦打败，丁公也领兵追击过刘邦，但最后放过了他。刘邦做皇帝后，记恨季布打败过自己，就把他抓了起来。但想到自己也需要他这样的忠臣来辅佐，就不再记仇，不但放了他，还封为郎中。丁公听说了，就觉得连季布这样给过刘邦难堪的人都能释放做官，他这个曾对刘邦有恩的人就更不用说了。没想到，他却被刘邦抓起来。刘邦对众人说：“丁公做项籍的将领时不忠，就是他这种人使项王丧失了天下。”刘邦下令处死了丁公，还在军中示众，警示大家要做忠臣，不要学丁公。 统一中国建立汉朝之后，刘邦以文治理天下，征用儒生，诏令天下，广泛求贤。
在政治上，刘邦接承秦朝的中央集权制和郡县制，同时废除了秦朝的苛刻法律刑法。刘邦攻入咸阳之时，便立即废除秦朝的苛法。与民约法三章，封存府库，对百姓秋毫无犯，深得民心。在平定天下后，刘邦命萧何参照秦朝法律“取其宜于时者，作律九章”，即“汉律九章”。这是在战国时期李悝所制订的《法经》六篇（盗法、贼法、网法、捕法、杂法、具法）基础上补充了户律（户口管理、婚姻制度和赋税征收）、兴律（主要规定征发徭役、城防守备）和厩律（主要规定牛马畜牧和驿传方面），一般所说的汉律就是指《九章律》。刘邦重用叔孙通整理朝纲，叔孙通制定了一套适合当时形势需要的政治礼仪制度，撰写了《汉仪十二篇》、《汉礼度》、《律令傍章十八篇》等仪法法令方面的专著，为汉朝的建立和巩固起了重要作用，也为后人留下了一笔宝贵的文化遗产。
在法律思想上，以儒家思想为主，以法家思想为辅，取消秦朝“严刑峻罚”的做法，废除连坐法及夷三族，提出了“德主刑辅”。即以教化为主，刑罚为辅，达到宽柔相济，严松相当的统治效果。
在经济上，刘邦废除秦朝苛法、豁免其徭役减轻人民的负担，如减轻田租，什五税一，“与民休息” ，释放奴婢，凡民以饥饿自卖为奴婢者，皆免为庶人，解放生产力，“兵皆罢归家” “以功劳行田宅”让士兵复员归家，给予他们土地及住宅，使他们从事生产劳作，迅速恢复提高国民经济。同时鼓励生育，扩大劳动力。同时大力发展农业，抑制打击唯利是图的商人及残余的奴隶主阶级。刘邦还接受娄敬的强干弱枝的建议，把关东六国的强宗大族和豪杰名家10余万口迁徙到关中定居。刘邦使百姓得以生息，民心得以凝聚，国家得以巩固。
在发展文化事业方面，刘邦建立规模宏大的“国家图书馆”天禄阁、石渠阁等。“天下既定，命萧何次律令，韩信申军法，张苍定章程，叔孙通制礼仪，陆贾造《新语》。又与功臣剖符作誓，丹书铁契，金匮石室，藏之宗庙。虽日不暇给，规摹弘远矣。”
刘邦采取的宽松无为的政策，不仅安抚了人民、凝聚了中华，也促成了汉代雍容大度的文化基础。可以说刘邦使四分五裂的中国真正的统一起来，而且还逐渐把分崩离析的民心凝集起来。他对汉民族的形成、中国的统一强大，汉文化的保护发扬有决定性的贡献。
到高祖刘邦末年时，经济已经明显好转，天下新定，人民小安，未可复兴兵。刘邦是中国历史上少有的杰出政治家，是真正统一中国的人，可以说他是汉始皇，创造汉民族的人。他在汉初制订的英明国政，不仅使饱受战乱的中国得以休养生息，还开创了以后“文景之治”的富裕与奠定了汉武反击匈奴的坚实基础。
刘邦高瞻远瞩、深谋远虑，他的政治制度和对后世的安排使大汉延续了长达四百余年的中国历史上最长的统一王朝。他的一套政治体制和经济制度为后世统治者所沿用刘邦开创的大汉帝国可以说是中国历史上最强盛的朝代，令后世国人景仰与怀念，他本身也另后世众多的人所怀念歌颂。
