秦二世即位后的第二年，秦军上将军章邯以偷袭的战术，打败了诸侯中力量最为强大的楚军，并杀死了楚军主帅项梁。获得如此大胜后的章邯认为楚国已不足为惧，于是率领得胜之师渡过黄河，与王离汇合，攻打河北的赵国。一举攻破了赵国的都城邯郸。赵军大败，赵王以及相国张耳等人逃进了巨鹿城，妄图做最后的顽抗，同时派出了诸多使者向各路反秦诸侯求援。

当时各国前来救赵的援军有十多路兵马，他们都驻扎在巨鹿城北，面对强大的秦军，没有人敢出面交锋。巨鹿危在旦夕，赵相张耳一再催促城外的陈余出兵解围，并以两人数十年的交情相逼，陈余无奈，被迫派出6000士兵尝试攻击秦军的围城部队，结果全军覆没。9月，赵王的使者也到了楚国的彭城，向楚怀王求援，项羽为报叔父项梁之仇，主动请战。于是楚怀王便以宋义为上将军，项羽为次将，范增为末将，率军6.3万由彭城北上救赵。

在这些前来解围的各路援军中，楚军是绝对的主力，但楚军这次出征，军事指挥权的归属上却显得有些别扭。主帅宋义并非武将出身，原本只是项梁手下的一个幕僚，在军中并没有什么功劳和威信，而楚军的主要将领几乎都是随项梁、项羽渡江的子弟兵，楚军的主力几乎可以称为项家军。也许楚怀王为了削弱项家对军队的控制，这才把宋义任命为主帅，而项羽只是次将。

当楚军开到离巨鹿尚有数百公里之遥的安阳时，宋义就命令大军停了下来，不再前进。此时已是10月，楚军在安阳一待就是40多天，当时军中粮食紧缺，士兵们忍饥受冻，宋义却大宴宾客，日日欢饮，不思渡河救赵，只忙于送自己的儿子去齐国为相。

随着天气的变坏，楚军的粮草供应越来越困难，士卒的不满逐渐增加，项羽再也无法忍受宋义的避战策略，与宋义发生了争执。项羽主张迅速进军，与赵国里应外合击破秦军，但宋义却主张让秦赵两家互斗，等到两败俱伤的时候再坐收渔人之利。宋义对项羽道：“披甲执戈上阵冲杀，我不如你；但坐下来运筹帷幄，你不如我。”为了压制不服的将领，宋义给军中下达命令：“凡是势如猛虎、性贪如狼、倔强不听指挥者，一律斩首。”

项羽对宋义所谓的等秦军疲惫后再出战的说辞嗤之以鼻，他认为，赵国灭亡后，秦军只会更加强大，哪里会有什么疲惫的机会可乘？更何况此时楚军离巨鹿有数百公里之遥，到那时赶到战场，遇到的只会是士气正旺、严阵以待的秦军。

项羽对众将领说：“楚王集中了全国之兵交予上将军，国家安危在此一举。现在上将军不体恤士卒，却只顾钻营私利，不是安定社稷的臣子。”于是进入帐中，斩下了宋义的头，然后对军中发布命令说：“宋义与齐国同谋反楚，楚王密令我杀掉他！”诸将畏服，没有谁敢质疑项羽的话，大家都表示：“当初创建楚国，拥立楚王的就是项家，现在将军诛杀乱臣贼子，理所应当。”于是拥立项羽为代理上将军。

楚怀王得到通报后，无可奈何，只好认可既成事实，传令让项羽正式担任上将军，并把英布和蒲将军2万多人的部队都归他统一指挥，此时归项羽指挥的楚军已有8万多人，终于获得了楚军的控制权。

12月，项羽率楚军挺进到巨鹿城东南方向约20公里的漳河南岸，项羽先是派遣英布和蒲将军率2万精兵渡水过河，袭击秦军的运粮通道。英布和蒲将军的2万楚军机动灵活，绝不与章邯的大部队接触，秦军虽然数量庞大，却也无法保证运粮道路的安全，王离的部队渐渐出现了粮草危机。英、蒲二将初战得手后，项羽认为决战的时机已经到了，于是率全军开始渡河。渡河前，命令楚军破釜沉舟，烧掉帐篷，每人只携带三天的干粮，以表示不胜则死的决心。

以楚军的这些兵力，如果与章邯和王离的大军直接对阵显然是不够的，唯一的机会便是将分散的秦军各个击破，而章邯的兵力部署，恰恰满足了这一条件。渡过漳河的楚军以迅雷不及掩耳之势直奔巨鹿，一路上势不可挡，喊杀声震天动地，楚军将士们越战越勇，无不以一当十，连续数次击败前来阻挡的秦军。

当楚军大战秦军时，各路救赵援军只是在作壁上观，当他们瞧见楚军横冲直撞大破秦军的情景，无不心惊胆战，直到楚军彻底打败了章邯的部队后，各路援军方才醒过神来，纷纷投入战场，协助楚军聚歼巨鹿城前的秦军。战斗结束，活捉了秦军大将王离，杀死秦将苏角，迫使秦将涉间自杀，围困巨鹿的秦军彻底土崩瓦解了。章邯见无力改变战局，只得率败军退保棘原。战斗结束后，项羽召集各路援军将领会面，那些将领们全都毕恭毕敬，甘愿听从项羽的指挥，项羽从此取得了统率诸侯的地位。

巨鹿解围后，项羽率部驻于漳水南岸，各路诸侯驻军巨鹿城外，对章邯的秦军呈南北夹击之势。章邯一面固守棘原与项羽对峙，一面派部将司马欣向朝廷求援。当时专权的赵高猜忌前方主将，欲捉拿司马欣，司马欣从小路逃回棘原后，劝章邯早图良策。就在章邯进退两难、犹豫不决的时候，楚军再次发起了攻势，项羽派蒲将军率军渡过漳水渡口，截断了秦军的退路，项羽自率主力从正面大破秦军。在楚军的沉重打击下，章邯进退无路，不得不率20万秦军投降项羽，秦军从此再无机动兵力可用。

巨鹿之战历时将近一年，全歼了30万秦军主力，对最后推翻秦朝的统治起了决定性的作用。在此战中，项羽果断杀死宋义，取得了楚军的指挥权，以破釜沉舟激发了将士们的斗志，因此一战成功。在整场战役中，没有给章邯任何可乘之机，堪称完胜。由于巨鹿之战的胜利，也使刘邦得以顺利地攻占咸阳，所以说，巨鹿之战不仅铸就了项羽的英名，也成全了刘邦的霸业。