汉高帝五年(公元前202年)，汉高祖发兵向项羽发动总攻，在垓下把项羽军团团包围。此时，十万楚军已兵疲粮尽，士气低落。夜间又听到汉军在四面唱起了楚歌。项羽大为吃鶭，便借酒浇愁，慷慨悲凉地唱道：“力拔山兮气盖世，时不利兮骓不逝。骓不逝兮可奈何干，虞兮虞兮若奈何?”唱罢飞身上马，带领八百骑突围南去。来到东城(今安徽定远东南)，只剩28人。他想东渡乌江重整旗鼓，又觉无颜见江东父老，奋力拚杀一阵，遂横剑自刎而死，年仅31岁。汉王刘邦以鲁公礼葬项羽于谷城(今湖北省襄樊市谷城县)。
项羽是一位超群的军事统帅。他能征善战，战场上豪气盖世，叱吒风云。巨鹿之战，项羽破釜沉舟，以寡击众，全歼秦军主力，客观上为汉高祖进入咸阳，推翻秦朝创造了条件。楚汉战争中，破田荣，救彭成，救荥阳，夺成皋，一生大战数十次，多获胜利。所以，古人称他「有百战百胜之才」(苏洵嘉佑集?项籍)。
然而，项羽又是一位悲剧式的人物。秦朝灭亡后，他自称霸王，忙于分封诸侯，扶持六国贵族的残余势力，违背了人民要求统一的愿望，造成了混乱割据的局面。他行为残暴，坑杀秦降卒二十万余。
入关后，火烧秦宫，大火三月不息。他烧杀虏掠的暴行，违背了人民的意志，是他战败的根本原因。项羽自恃武功以威慑诸侯，缺乏远见，不争取同盟。又妒贤嫉能，不能用人，招致众叛亲离，军心涣散。军事上，他缺少战略家的眼光，刚愎自用，不纳良言。
以致屡失战机，没有巩固的后方基地，没有充足的粮饷和兵源，虽然屡战屡胜，反而由盛而衰。所以，虽然项羽具有杰出的军事指挥才能，最终也难以避免失败。