从这个约定看，项羽独霸天下是不可能了。虽然表面上看，是刘邦主动找项羽的，但大家心里都清楚，实际上，是项羽签下了城下之盟。项羽和刘邦签完约，把刘太公和吕雉还给刘邦，他就撤兵了。虽然他撤兵了，但也没逃过刘邦的追杀。在张良的怂恿下，刘邦率领大军，尾随项羽而来。汉六年(公元前202年)十月，项羽沿着鸿沟向荥阳的东南方向撤军。这时候，彭城已经被刘邦的部队占领，他不可能再向东回彭城了，只能向着江东的方向奔命。当到达阳夏这个地方，项羽的大军被汉军追上。在《樊哙列传》中，记载了“虏楚周将军卒四千人”，汉军取得了一个小胜利。楚军继续南撤，到达固陵后，楚军反击，汉军则被打得大败。按照史书记载，刘邦被打败的原因是，韩信和彭越的援兵没有到达。当然，更可能的原因是，楚军急了，搞了一个绝地反击。
汉军无法打败楚军，没办法，只能筑起高垒，和楚军对峙。这时候，张良对刘邦说，“就这么对峙也不是办法，你应该赶快给韩信和彭越分封土地，让他们死心塌地地和你一起打项羽”。当时，彭越名义上还是魏国的国相，韩信虽然是齐王了，但以前我们说了，韩信这个齐王的封地还没有确定。为了让这两个大佬出兵帮助自己，刘邦封彭越为梁王，并明确了他们的封地。韩信和彭越这两人看到真实的好处送上门了。大概是因为他们缺乏可以用来造反的基本团队，所控制的嫡系也不多。此时，项羽败势已现，以前还希望用项羽牵制刘邦的可能性不存在了。如果这时候，不跟着刘邦与其看着刘邦灭掉项羽，刘邦打败项羽，必然不会放过他们，想到此，这两人接到封王的文书后，马上带兵，前来支援刘邦。
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项羽晚上突围的时候，汉军不知道，天明后，才发觉有一支骑兵向南跑了。刘邦派灌婴带着5000骑兵追击。等到了东城，把项羽围在了一个小山包上了。《汉书》记载，这个小山包就是溃山。这名字大概也和项羽从这里突围有关系。当时，他派身边的只剩下的28个骑兵，分成四队从四个方向突围。按照《史记》记载，项羽这么做之前，还说要斩将夺旗，发誓必杀汉军一个将领，以证明自己失败不是自己无能，而是老天亡他。后来还真成功了。有些研究者，比如学者冯其庸认为，项羽在东城就没走成，最后在这里自杀。有些人认为，他这次突围还是成功了，到了长江边，准备过江。
按照《史记》记载是这样的。可是，《史记》对项羽在江边说的话，记录得真真切切，一个疑问出来，谁在当场做了记录呢?按照正常理解，汉军围上来后，项羽自刎，其他部署也都应该被杀，既然被杀，项羽临死前说了什么，谁知道呢?是不是后世人按照项羽的性格和当时的处境杜撰的呢?大概这个可能是有的。最后，项羽走投无路，自刎而死，汉将王翳得了项羽的头颅，杨喜、吕马童、吕胜、杨武各得到项羽身体的一部分，这些人拿着项羽尸身的一部分，回去后为此都被封了侯。也就是说，项羽虽然是自刎而死，但他的尸体是被肢解了。大英雄项羽谢幕了，留给我们千年的想象、遗憾和话题。