就在薄筠安排好迁徙东海军民之后，刘邦命令靳歙率军深入楚军后方，占领楚国大片领土，东至击平缯、郯、下邳，南至蕲、竹邑。
靳歙在济阳城下击败项悍率领的赶来救援的楚军，从后方包围项羽。
韩信攻占并初步安定齐国后，率汉军南下对楚军实现了战略包围，使项羽的处境更趋困难。楚军粮食缺乏，既不能进，又不能退，白白地消耗了力量，完全陷入了困境。
彭越、刘贾在楚军后方往来断绝楚军粮食，使项羽得不到补给，而英布也在楚国后方九江攻城略地。
灌婴在鲁县北面一带击败了楚将公杲（gǎo），率汉军南下直接攻打西楚都城彭城，项羽得知灌婴横扫彭城周围楚军，大惊失色。
项羽因自己被刘邦牵制在广武不能动，只得派项声、薛公王洪和郯公晏阙率抽调楚国前方和后方组成的大军收复淮北。
灌婴得知楚军主力到了淮北，立即渡过淮河北上，两军在下邳遭遇，灌婴率汉军骑兵大破项声、郯公，并将薛公王洪斩首，拿下下邳。
灌婴在平阳击败了来驰援的楚军骑兵，楚军主力被一扫而空，接着又进攻彭城。
项佗本想死守彭城，等待项羽派兵回援彭城，因为周兰之前假意投降汉军，等到他与灌婴率军进攻彭城时，倒戈一击将灌婴击退，随后引军退入彭城。
项佗的兵力还有二万多人，凭借彭城的城墙和城中的粮草还能坚持一段时间，可谁知时任西楚左令尹的吕青竟然暗中联络彭城西门的守将顾疆，打开了彭城城门放汉军入城。
灌婴率汉军直入彭城，大败项佗的楚军，俘获了楚柱国项佗，周兰率败军突围出彭城往苦县一带逃去。
灌婴接着率领汉军骑兵横扫彭城南方各县，降服了留、薛、沛、酂、萧、相等县。
随后又攻打苦县，谯县，击败了聚集在此地郯公、周兰的楚军，斩杀了郯公，再次俘虏了楚军亚将周兰。
此时楚军东面丧失了龙且军团、项声军团，西面早已丧失了曹咎军团，南边大司马周殷虽然暂时没有叛楚，但随着形势对楚国越来越不利，难免会生变。
楚军的粮草又被彭越截断，项羽人无粮马无草，危机重重。
广武山，楚军大帐，项羽收到楚国后方被汉军接连攻陷的消息，食不能咽，夜不能寐。
“霸王，妾以为楚汉相持已久，百姓苦不堪言，天下诸侯如今只剩霸王与汉王独大，不如与汉王讲和，霸王速速东归，也好收复失地。”虞姬见项羽每天忧心忡忡，端着饭食走到项羽身边劝说道。
“小月，你也认为我战胜不了刘邦了吗？”项羽被刘邦战略大包围和分兵袭扰的战术搞得非常头疼，但他心中仍然有一股傲气，不肯向刘邦低头。
虞姬轻咬红唇，缓缓开口说道：“霸王，你是楚国的霸王，只要你率大军回到楚国，楚国军民必然重新组织起来响应霸王，楚国失地才有望收复！”
项伯此时也走了进来，劝说项羽：“如今形势对我楚国不利，刘邦的老父和发妻仍在我军中为质，可以此要挟刘邦撤军。刘邦撤军后，我军则可火速赶回彭城，收复失地。”
项羽本不屑用这种手段，见虞姬和项伯都劝说自己回军，只好说道：事到如今，也不得不如此了。“”
项羽于是派使者到汉军营中，正告刘邦，若汉军再不退兵，自己便下令杀了刘邦的老父和发妻吕雉。
刘邦闻言心中担心项羽真的对自己的老父动手，便问道：“谁可为使，去劝说项羽释放我父？”
“陆贾愿往！”陆贾主动请命前去。
“陆贾，你若能劝项羽释放我父，回来我封你为太中大夫，赐爵千户。”重赏之下必有勇夫，刘邦当即许下承诺。
陆贾来到楚军营中，和项羽讲了一堆大道理，称刘邦与项羽乃结义兄弟，项羽若杀了刘邦之父，会背上不义的骂名。
项羽最烦这种满口仁义道德的儒生，直接让人将陆贾赶出了楚营。
陆贾灰溜溜地回到汉营，刘邦又问台下众人：“还有谁肯为使？我封他五千户侯，赏赐千金。”
此时辕生站了出来，刘邦大喜道：“先生若愿往，必能说动项羽，还请先生救我父亲，刘邦不胜感激！”
刘邦说着走下台来要拜谢辕生，辕生却扶住刘邦说道：“非是在下前去，我举荐一人，其名为‘侯公’，其辩才远超郦食其，定能说服项羽。”
“哦？此人现在何处？快快请来。”刘邦急于解救他的老父亲，连忙催促辕生。
“现就在我帐中。”辕生说完便让人去叫来侯公。
侯公来到刘邦面前拱手拜道：“在下无意于功名利禄，只是希望天下太平。汉王若想使霸王释放刘太公及吕夫人，必要拿出和谈的诚意。”
“我要如何做？先生请直言。”刘邦询问侯公。
侯公则是径直走到大帐中的地图前，指着地图上的一条河说道：“此河名为鸿沟，乃当年魏国所修之运河，以魏都大梁为中心，从荥阳以北经大梁折向东南至陈都宛丘，向南注入颍水，由此入淮河。汉王可与霸王约定，平分天下，划鸿沟以西归汉，鸿沟以东归楚，再命人释放被汉军俘虏的楚军大将项佗、周兰等人，以交换被霸王扣为人质的刘太公和吕夫人。”
张良本想劝阻刘邦，可他见到刘邦为救父亲心急如焚，也不好说什么。
刘邦于是同意了侯公的提议：“先生大义！先生所说的和谈条件，我全都答应，还请先生不辞劳苦，为我去楚营一趟。”
侯公来到项羽军中，和项羽说了刘邦的诚意，又听到刘邦准备和自己以鸿沟为界平分天下，项羽急于回军彭城，便同意了和谈。
不久后，汉军释放了俘虏的楚军大将项佗、周兰等人，项羽也下令将刘太公和吕雉放归汉营。
公元前203年八月，楚汉双方正式约定以鸿沟划分界线，楚方以项伯为代表，汉方则以周緤（xiè）为代表来确定和议。
鸿沟之约签订完成后，项羽命令楚军拔营起寨撤出广武，带着虞姬乘着战车径直向南直奔阳夏。
项羽没有选择向东经陈留、外黄返回彭城，是因为这一条路线已经被彭越切断，城中的粮草早已被彭越劫掠或烧掉。而且梁地境内有不少汉军，万一被这里的汉军缠住，刘邦再回军攻击自己，项羽会陷入腹背受敌的局面。
至于项羽为何要往南去阳夏，是因为他要急于要去与南面的楚国大司马周殷的军团会师，合兵后再一举北上收复楚国失地。
刘邦也准备引兵西归汉中，在这重大的转折之际，辕生看出了项羽腹背受敌、捉襟见肘的处境，便与张良一同劝谏刘邦道：“汉王，如今汉据天下三分有二，此时正是灭楚的有利时机，宜猛追穷寇，毕其功于此举。否则放楚东归，如放虎归山，必将遗患无穷。”
刘邦故意装出犹豫纠结的样子，背过身去叹息道：“唉可我与项羽签订了和约，项羽已经撤军东归，我却出尔反尔，我会背上不义的骂名。”
“汉王，天下人只盼望早日结束战乱，区区一时之骂名，汉王难道就因噎废食了吗？”张良上前劝说刘邦。
“罢了罢了！子房，辕生，就依你二人之见。”刘邦采纳了张良、辕生的意见，亲率大军追击项羽，并下令韩信、彭越合围项羽。