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公元前204年初，楚军数次切断汉军粮道，刘邦被困荥阳(今河南省荥阳市)，于是向项羽请和。项羽欲同意，范增说：“汉易与耳，今释弗取，后必悔之。”(《史记·项羽本纪》)于是项羽与范增急攻荥阳。刘邦手下谋士陈平施离间计，令项羽以为范增勾结汉军，从而削其兵权，范增大怒说：“天下事大定矣，君王自为之，愿赐骸骨归卒饵”，于是告老回乡，项羽同意了。未至彭城(今江苏徐州市)，就因背疽发作而死在路上。
范增死后二年，项羽的军队被刘邦，韩信、彭越的联军击败，退至垓下 (今安徽灵璧县南)。不久，项羽逃到和县乌江，自刎而死。刘邦以“楚汉战争”的胜利者，登上了皇帝宝座，建立了中国历史上强大的汉朝。刘邦总结项羽失败的教训说:“项羽有一范增而不能用，此其所以为我擒也。”