汉王四年十月，楚大司马曹咎守卫成皋，他违背项羽关于“若汉挑战，慎勿与战”的嘱咐，在汉军多次挑战下，渡汜水作战，半渡时遭到汉军攻击。汉军大破楚军，“尽得楚国金玉货赂”，曹咎与长史司马欣自刎于汜水之上。项羽闻知曹咎兵败，率兵赶回。汉军正在荥阳东围攻钟离昧，项羽兵至，汉军畏惧楚军，全部转移到险要地带。

项羽闻知龙且所率军队被击溃，派武涉劝说韩信叛汉，韩信不听。项羽驻军于广武，与汉军相持数月，楚军缺少粮食，项羽以此为忧患。于是，项羽设置砧板，将汉王的父亲太公置于板上，警告汉王说：“今日不快快降服，我煮死太公！”

汉王回答说：“我与你项羽一同北面受命于怀王，约结为兄弟，我的父亲就是你的父亲，你一定要烹杀你的父亲，请分给我一杯肉汤。”

项王大怒，想要杀太公。项伯劝阻说：“天下大事，谁胜谁负尚未可知，况且凡是为着夺取天下的，都不顾恋家人，即或是杀了太公也不会带来什么好处，只能是增加祸害而已！”项王听取了项伯的意见，没有杀害太公。

项王对汉王说：“天下扰乱已有数年之久，只是因为我们两个人而已，愿与汉王挑战，决一雌雄，不要使天下百姓白白为此而受苦了！”

汉王笑着回答说：“我宁愿斗智，不能斗力。”

项王再三令壮士出营挑战，都被汉军中的著名射手楼烦射杀。项王为此而大怒，亲自披带盔甲，持戟出营挑战。楼烦想要射杀项羽，项羽瞪圆双眼，怒叱楼烦，楼烦在项羽神威的逼迫之下，目不敢正视，手不敢发箭，吓得退回营垒，不敢再出来射箭。汉王派人打听楚军出阵者是何人，得知此人便是项王，大为惊恐。

项王约汉王在广武两军壁垒之间隔阵对话，项王再次想要与汉王独身挑战，汉王历数项羽的罪恶：

“你项羽违背规约，封我为蜀汉王，这是罪一；你项羽假冒怀王命令，杀害卿子冠军宋义，自尊为上将军，这是罪二；你项羽奉命救赵后，理应回报怀王，但却擅自劫持诸侯军队入关，这是罪三；怀王约定入关后不许烧杀掠夺，你项羽却焚烧秦宫室，发掘始皇帝冢，私自盗取其中财物，这是罪四；你项羽无理地杀死已经投降的秦王子婴，这是罪五；你项羽于新安用欺骗手段活埋二十万秦兵，封秦军降将为王，这是罪六；你项羽把好的土地封给诸侯王手下的将领，迁徙驱逐原来的诸侯王，使得他们的臣下争相反叛，这是罪七；你项羽把义帝从彭城赶出，自己却建都于此，又侵夺韩王的封地，兼并魏、楚的土地，扩大自己的地盘，这是罪八；你项羽派人杀义帝于江南，这是罪九；你项羽身为人臣而谋杀君主，杀害已经归降的人，执政不公，信约不守，大逆不道，实为天下所不容，这是罪十。我率领正义的军队跟诸侯一道讨伐你这个残暴的贼子，只需令受过刑罚的囚犯打死你这个项羽就行了，老子何苦跟你挑战！”

项羽听汉王声讨他的罪状，大怒，用暗箭射中汉王的胸部。汉王为安定军心，机智按着脚说道：“这个贼子，射中了我的脚趾头！”汉王受伤后，张良请他忍着伤痛去巡视军营，慰劳士兵，以稳定军心，不使楚军乘机取胜。汉王带病巡视兵营，伤势因而加重，急驰进入成皋城内调养。

汉王病愈，西入关中，到达都城栎阳，慰问父老，仅停留四日，又启程回到前线，驻军于广武。这时，关中增援的士兵，正源源不断地出关，开赴前线。

七月，项王立黥布为淮南王。

汉王下令：军士有不幸而死的，官吏要以衣衾棺木盛敛，转送家乡。四方百姓因此归心于汉王。

当时，彭越率领军队在魏地往来游击，经常骚扰楚军，断绝楚军的粮食供应。田横也前来依附彭越。项羽不得不经常防备彭越的袭击。齐王韩信据有齐地后，又前来进攻楚军，项羽因此而恐惧。汉派侯公向项羽说，请归还太公。项羽便与汉王谈判约定，以鸿沟为界中分天下：鸿沟以西归汉，鸿沟以东归楚。

九月，楚归还汉王的父亲太公和汉王的妻子吕雉，汉军军中高呼万岁。楚军撤兵东归。

楚军解围东归，汉王也想按和约西归。这时，张良、陈平出面向汉王劝谏说：“汉已经占有天下的大半，而且诸侯又都相继归附；楚军士兵疲惫，军粮已尽，这正是上天灭亡楚国的时机。如今放任他们东归，不予攻击，这可是人们所说的‘养虎自遗患’啊。”

汉王采纳了张良和陈平的这一英明决策。

在楚汉相争的转折点，是张良、陈平对局势的正确分析，使汉王没有错过这个转弱为强、由相持转入反攻的良机。有利形势的发展之快，由于决策上的正确，远远超出了汉王乃至于张良、陈平的预料。