秦二世三年(公元前207年)十月，宋义率军北上救赵。
他对和秦军进行决战存有胆怯畏惧心理，抵达安阳(今山东曹县东)后，即停止前进，一连驻扎了46天。项羽规劝他迅速进兵，同赵军里应外合，一举击败秦军。然而宋义则想保存实力，乘秦、赵相斗，坐收渔利，故拒绝了项羽的正确建议。他挖苦项羽说：“披坚执锐，义不如公;坐而运策，公不如义”，并威胁项羽不要抗命不听从指挥。与此同时，宋义还日日置酒高会，寻欢作乐，并亲自赴无盐(今山东省东平县东南)大摆宴席，送其子出使齐国为相，以扩展个人势力。当时适逢天气寒冷多雨，士卒冻馁，苦不堪言，宋义的做法引起了将士们的不满。性格刚烈的项羽更是觉得忍无可忍，在再次据理力争未被采纳后，他遂激于义愤，趁早晨入帐进见之机，当场诛杀了宋义。诸将拥护项羽所为，拥戴他为假(代理)上将军。楚怀王见事态已经如此，便正式任命项羽为上将军，由他率军北上救赵。
这时，秦军仗恃兵多粮足，围攻钜鹿甚急。城中的赵军，矢尽粮绝，危在旦夕。尽管燕、齐、魏等援军已抵达钜鹿附近，并与陈余军会师，但因畏惧秦军，互相观望，谁也不敢同秦军交锋。
唯独有已取得指挥权的项羽敢下决心挥师渡河与秦军决战。他率军于十二月进抵漳水南岸后，即委派英布、蒲将军率2万人为前锋，渡过漳水(一说黄河)，切断秦军运粮的甬道，分割王离与章邯军之间的联系，使王离军陷入缺粮的困境。接着，项羽本人亲自率领楚军主力渡河跟进，并下令全军破釜沉舟，规定每位将士只带3日干粮，以显示全军上下一往无前、义无反顾、与秦军决一死战的决心。
破釜沉舟完毕，项羽立即率领楚军进至钜鹿城下，将王离军团团包围，以雷霆万钧的气势，迅雷不及掩耳的行动，向敌人猛扑过去。楚军将士们奋勇死战，“无不一以当十”，“呼声动天”，将王离麾下的秦军杀得溃不成军。章邯率部援救，也敲楚军英勇击退。项羽指挥楚军连续作战，不给秦军以任何喘息的机会，九战九捷，终于大败秦军。那些交战伊始时，恐惧秦军如虎而作壁上观的诸侯援军，这时见楚军胜局已定，也乘势冲出壁垒，参与对王离军的围攻。这场惊天动地大鏖战的结果是，秦将王离被俘虏，秦军副将苏角身首异处，另一名副将涉间走投无路，被迫自.焚而死。楚军取得辉煌的胜利，钜鹿之围遂解。
项羽统率的楚地起义军在钜鹿之战中表现出卓越的战略战役指导优势。这首先是坚决排除了宋义的错误战略方针的干扰，确保北上救赵的战略决策得以实施，从而避免了使反秦武装被秦军所各个击破的危险。第二，抱有破釜沉舟的大无畏胆略和决心，敢于以弱击强，以寡敌众，在精神气势上完全压倒了敌人。第三，善于分割、孤立敌人，使敌章邯部与王离部之间失去联系，无法互相救援，造成楚军在局部上的优势，为全歼王离军创造了十分有利的条件。第四，在聚歼王离军的过程中，发扬连续作战的作风，不予敌以任何喘息的机会，始终牢牢地掌握住战场的主动权。第五，在胜利化解钜鹿之围，歼灭敌王离“兵团”后，能够及时实施远距离战略追击，将残余的秦军主力章邯部逼到走投无路的困境，迫使其无条件投降。扩大了战果，使得秦王朝赖以镇压起义的军事机器全面崩溃。所有这些，都表明钜鹿之战是一次辉煌的战略决战，其中所反映的起义军及其领袖项羽的优秀作战指导艺术，永远值得后人的称颂和借鉴。