当时其他诸侯也都对项羽不满，故而都加入了刘邦的集团，因此，项羽处于十分孤立地位；刘邦增调在关中的周勃、樊哙、夏侯婴等部至洛阳集中。并乘项羽胶着于城阳之际，率诸侯联军约计五十六万人向守备空虚的楚都彭城进攻；当时彭城，守兵寥寥，所有精兵猛将，都随项羽伐齐，只剩老弱数千留守城中，听说刘邦军进城，纷纷逃散。
此时，项羽陷入前所未有的危机中，就连都城都被刘邦所占；面对如此险恶的政治，军事环境，项羽制订了一个大胆的战略计划。留下诸将攻齐，自率精骑三万疾驰南下，由鲁瑕丘击破樊哙等军后，即在胡陵至肖县采取包围闪击。肖县东南有刘邦兵数营扎住。项羽军夜间抵肖，利用拂晓，由西向东反击汉军侧背，早晨开始进攻，与汉军展开大战，中午便大破汉军。
汉军对项羽军的突然袭击，无法组织有效的抵抗，自相践踏，乱作一团，被项羽军于彭城近郊斩杀10余万人。刘邦大败，项羽从后追击，汉兵在谷、泗水二水被歼十余万。刘邦继续南走，想利用彭城南吕梁山区以资抵抗，但因项羽的猛烈追击而不能立足，又杀毙几万。
项羽军追击汉逃兵至灵壁以东的睢水上，再斩杀汉军10余万人。刘邦军逃入睢水，溺死者不计其数，"睢水为之不流"。项羽军将刘邦及其残部包围了三层，正待聚歼之际，忽然西北大风猛袭而来，飞沙走石，树木连根拔起，一时间天昏地暗，吹打得项羽军阵营混乱。刘邦趁此机会，仅带10余名骑兵突围而逃。其父、其妻被楚军俘获，汉军几乎全军覆灭。
