秦朝派王离率几十万边防军包围巨鹿，章邯在巨鹿以南筑甬道，以运粮供给王离军。赵歇粮少兵单，危在旦夕，乃遣使求救于楚怀王。楚怀王与起义军首领在彭城(今江苏徐州)召开紧急军事会议，决定分兵两路：一路由刘邦率领向西直指关中。另一路以宋义为上将军，项羽为次将，范增为末将，率起义军主力北上救赵。援赵大军进至安阳(今山东曹阳东南)后，宋义被秦军的气焰所吓倒，逗留46天不敢前进。项羽痛斥宋义的怯懦行为并杀死了他。楚怀王遂封项羽为上将军，并令英布和蒲将军两支起义军也归其指挥。
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巨鹿解围后，章邯军退至棘原(巨鹿南)，项羽军驻漳水之南，两军对峙，秦军的连续失败使章邯不见信于秦朝廷。项羽抓住时机，派蒲将军击秦军于漳水南岸。接着又亲率大军破秦军于汗水。章邯固守棘原与项羽对峙，派部将司马欣向秦廷告急求援。当时，秦廷赵高专权，猜忌将相，欲杀司马欣。司马欣潜回棘原，劝章邯早图良谋。章邯在降楚、退军之间犹豫不决。项羽派蒲将军率军日夜兼程渡三户津(古漳水渡口，今河北滋县西南)，断秦军归路，自率主力大败秦军。在项羽的沉重打击下，章邯进退无路，不得不于前207年7月在洹水南殷墟(今河南安阳)率其部众20万投降项羽。 巨鹿之战是秦末农民战争所取得的一场巨大胜利。它基本上摧毁了秦军的主力，扭转了整个战局，奠定了反秦斗争胜利的基础。而项羽以三万破三十万，如此悬殊的战果令无数后世人对其充满了好奇与景仰