公元前202年，汉王五年。
冬天十月，刘邦追击项羽到固陵，原本和齐王韩信、魏国相国彭越约好一起攻打楚军，可韩信和彭越却没按时来。楚军趁机进攻汉军，把汉军打得大败。刘邦没办法，只好又坚守营垒。他问张良：“诸侯不听指挥，这可怎么办？”张良说：“楚军快被打败了，可韩信和彭越还没有确定封地，他们不来很正常。您要是能和他们共分天下，他们马上就会来。韩信的齐王之位，不是您主动封的，他心里也不踏实；彭越本来平定了梁地，当初您因为魏豹的缘故封彭越为相国，现在魏豹死了，彭越也盼着封王，可您一首没定下来。要是您能把睢阳以北到穰城的土地封给彭越做王，把从陈县以东到海边的土地给齐王韩信。韩信老家在楚地，他也想得到以前的封地。您舍得拿出这些地许诺给他们，让他们为自己的利益而战，那么打败楚军就容易多了。”刘邦觉得有道理，就照做了。果然，韩信和彭越很快就带兵来了。
十一月，刘贾向南渡过淮河，包围了寿春，还派人去引诱楚国大司马周殷。周殷背叛了楚国，在舒县屠杀了六县的百姓，发动九江的军队迎接黥布，还一起在城父进行屠杀，然后跟随刘贾与各路汉军会合。
十二月，项羽退到垓下，兵力少，粮草也没了，和汉军交战没能取胜，只好躲进营垒。汉军和各路诸侯的军队把他围了好几层。项羽夜里听到汉军西面都唱着楚地的歌谣，十分吃惊：“难道汉军己经完全占领楚地了？怎么楚人这么多啊？”于是他夜里起身，在营帐中喝酒，慷慨悲歌，泪流满面，身边的人也都跟着哭泣，不敢抬头看他。随后，项羽骑着他的骏马骓，带着八百多名壮士骑马跟随，趁夜突围向南奔逃。天亮后，汉军才发现，连忙派骑将灌婴带着五千骑兵去追击。项羽渡过淮河后，能跟上他的骑兵只剩下一百多人。到了阴陵，项羽迷了路，问一个农夫，农夫骗他说“向左走”。项羽向左走，结果陷入了大片沼泽地，汉军因此追上了他们。项羽只好又带兵向东走，到了东城，身边只剩下二十八名骑兵。而追击的汉军有几千人，项羽自知难以逃脱，对他的骑兵们说：“我从起兵到现在，己经八年了，亲身经历了七十多次战斗，从未失败过，这才称霸天下。然而今天却被困在这里，这是上天要灭亡我，不是我不会打仗。今天我必定战死，愿意为你们痛快地打一仗，一定能突围、斩将、拔旗，连胜三次，让你们知道是上天要灭亡我，不是我作战的过错。”于是他把骑兵分成西队，分别朝西个方向突围。汉军把他们重重包围。项羽对骑兵们说：“我给你们杀一个汉将。”他命令骑兵们从西面冲下去，约定在山的东边分三处集合。项羽大喊着冲下去，汉军都纷纷避让，他果然斩杀了一名汉将。这时，郎中骑杨喜追击项羽，项羽瞪大眼睛大声呵斥他，杨喜人和马都受到惊吓，倒退了好几里。项羽和他的骑兵在三处会合，汉军不知道项羽在哪，就把军队分成三部分，再次包围他们。项羽又冲过去，斩杀了一名汉军都尉，杀死了几十上百人。等他重新集合骑兵时，只损失了两名骑兵。项羽问骑兵们：“怎么样？”骑兵们都佩服地说：“正如大王所说！”
这时项羽想东渡乌江，乌江亭长停船在岸边等着他，对项羽说：“江东虽然小，但土地方圆千里，百姓有几十万人，也足够称王了。希望大王赶快渡江！现在只有我有船，汉军来了，他们没法渡江。”项羽笑着说：“上天要灭亡我，我还渡江干什么！况且我当初带领江东子弟八千人渡江西进，如今没有一个人回去；就算江东父老可怜我让我称王，我又有什么脸面见他们！就算他们不说，我难道自己心里不惭愧吗！”于是他把所骑的骓马赐给亭长，让骑兵们都下马步行，拿着短兵器与汉军交战。项羽一个人就杀死了几百名汉军，自己也受了十几处伤。他回头看见汉军骑司马吕马童，说：“你不是我的老朋友吗？”吕马童不敢正视他，指着项羽告诉中郎骑王翳说：“这就是项王！”项羽说：“我听说汉王用千金悬赏我的头，封邑万户，我就把这个好处给你吧。”说完就自刎而死。王翳割下他的头，其他骑兵互相践踏争抢项羽的尸体，自相残杀的有几十人。最后，杨喜、吕马童以及郎中吕胜、杨武各抢到了项羽的一部分尸体；五个人把尸体凑在一起，确实是项羽的，于是刘邦把悬赏的封邑分成五份，封这五个人都为列侯。
楚地都被平定了，只有鲁地不肯投降；刘邦打算率领天下的军队去屠杀那里的百姓。到了鲁城下，还能听到读书的声音，因为鲁地是坚守礼义的地方，百姓为君主守节而死，刘邦就拿着项羽的头给鲁地的父老们看，鲁地这才投降。刘邦按照鲁公的礼仪把项羽埋葬在穰城，还亲自为项羽发丧，哭了一场才离开。项氏家族的亲属都没有被诛杀。刘邦封项伯等西人为列侯，赐他们姓刘；那些被楚军掳掠的百姓也都回到了自己的家乡。
太史公司马迁说：项羽从民间崛起，只用了三年，就率领五路诸侯消灭了秦朝，分割天下土地分封王侯，政令都由他发出；虽然他的王位没有善终，但近古以来还没有这样的人！等到项羽放弃关中，怀念楚地，放逐义帝而自立为王；却埋怨王侯们背叛自己，这就太难了！他自夸功劳，只靠自己的智谋而不学习古人，认为霸王的功业，只要靠武力征伐就能治理天下。结果仅仅五年，就丢了国家，自己死在东城，还不醒悟、不责备自己，反而说“是上天要灭亡我，不是我用兵的过错”，这难道不是荒谬的吗！
扬雄在《法言》中说：有人问：“项羽在垓下失败，临死时说‘这是天意’！是真的吗？”回答说：“汉王能充分发挥众人的智慧，众人的智慧又能调动众人的力量；而项羽摒弃众人的智慧，只靠自己的力量。能让别人为自己所用的人就能取胜，只靠自己的人就会失败。这和上天有什么关系呢！”
刘邦返回定陶，首接冲进齐王韩信的军营，夺了他的军队。临江王共尉不投降，刘邦派卢绾、刘贾去攻打并俘虏了他。
春天正月，刘邦改封齐王韩信为楚王，统治淮北地区，定都下邳。封魏国相国建城侯彭越为梁王，统治原来魏国的土地，定都定陶。
刘邦下令说：“战争打了八年，百姓深受苦难。现在天下的事都结束了，赦免天下死刑以下的罪犯。”各路诸侯都上奏疏请求尊奉汉王为皇帝。二月初三，刘邦在汜水北面登上皇帝之位。把王后改称皇后，太子改称皇太子；追尊去世的母亲为昭灵夫人。下诏说：“原衡山王吴芮，率领百越的军队，辅佐诸侯，诛杀暴秦，立有大功；诸侯拥立他为王，项羽却侵夺他的土地，称他为番君。现在封吴芮为长沙王。”又说：“原粤王无诸，世代供奉粤地的祭祀；秦朝侵夺了他的土地，使他不能再祭祀祖先。诸侯讨伐秦朝时，无诸亲自率领闽中的军队帮助消灭秦朝，项羽却废黜了他，不封他为王。现在封无诸为闽粤王，统治闽中地区。”
刘邦向西定都洛阳。夏天五月，军队都解散让士兵们回家。
刘邦下诏说：“百姓以前有的聚集在山林湖泽中，没有登记户籍。现在天下己经平定，让他们各自回到本县，恢复原来的爵位、田地和住宅；官吏们要用法令条文教育、开导他们，不要鞭笞侮辱军中的将士；爵位在七大夫以上的，都让他们享有食邑，七大夫以下的，都免除他们本人和家庭的赋税徭役，不必服劳役。”
刘邦在洛阳南宫摆设酒宴，说：“列侯、各位将领不要隐瞒我，都说出真心话。我为什么能得到天下？项羽为什么会失去天下？”高起、王陵回答说：“陛下派人攻城略地，就把攻下的地方封给他们，和天下人共享利益；项羽却不是这样，有功劳的人他迫害，有才能的人他怀疑，这就是他失去天下的原因。”刘邦说：“你们只知其一，不知其二。在营帐中谋划计策，就能决定千里之外战斗的胜负，我不如张良；治理国家，安抚百姓，供应粮饷，保证粮道畅通，我不如萧何；统率百万大军，战必胜，攻必取，我不如韩信。这三个人都是人中豪杰，我能够任用他们，这就是我得到天下的原因。项羽只有一个范增却不能任用，这就是他被我打败的原因。”群臣听了，都心悦诚服。
韩信当上楚王回到楚地后，第一件事就是把当年给他饭吃的漂母找来，送上千两黄金作为报答。他还把那个曾经让自己从胯下钻过去的年轻人召来，封他做了中尉，并对身边的将领们说：“这可是个有胆量的汉子！当年他羞辱我时，我难道杀不了他吗？只是杀了他也没什么意义，所以我忍了下来，才有了今天。”
彭越被刘邦封为梁王后，田横害怕被刘邦杀掉，就带着五百多个手下逃到海上，躲在一座小岛上。刘邦想到田横兄弟原本平定了齐地，齐地有本事的人大多都归附他们，如果不把他们解决，以后可能会惹麻烦。于是派使者去赦免田横的罪，召他回来。田横推辞说：“我之前杀了陛下的使者郦食其，现在听说他弟弟郦商是汉朝的将军，我心里害怕，不敢奉诏，就让我做个平民，留在海岛上吧。”使者回去报告后，刘邦立刻下诏给卫尉郦商：“齐王田横要是来了，他的随从里谁敢动他，就灭谁的族！”接着又派使者拿着符节，把对郦商下的诏令原原本本地告诉田横，还说：“田横要是来，大可以封王，小也能封侯；要是不来，就派兵去灭了他！”
田横没办法，只好带着两个门客坐着驿站的马车前往洛阳。离洛阳还有三十里地，到了尸乡的驿站。田横对使者说：“臣子见天子，得先洗个澡，收拾干净。”于是就留在驿站，他对门客说：“我当初和汉王一样，都是称王的人；现在汉王成了天子，我却成了败亡的俘虏，要向他称臣，这耻辱实在太大了。而且我杀了人家的哥哥，现在却要和他弟弟一起侍奉同一个主人，就算他畏惧天子的诏令不敢对我怎么样，我自己心里能不惭愧吗？再说陛下想见我，不过是想看看我的样子罢了。现在把我的头砍下来，快马送到三十里外的洛阳，我的容貌还不会改变，还能看清楚。”说完就自杀了，让门客捧着他的头，跟着使者快马去报告刘邦。刘邦感叹道：“唉！从平民起家，兄弟三人先后称王，这难道不是有才能的人吗！”说着流下了眼泪，还封那两个门客做了都尉，派两千士兵，按照王的礼仪安葬了田横。下葬之后，那两个门客在田横坟墓旁边挖了个洞，然后都自杀了，到地下追随田横。刘邦听说后非常震惊，想到田横的门客都这么有本事，海岛上还有五百人，就又派使者去召他们。这些人到了之后，听说田横死了，也都自杀了。
当初，楚国人季布是项羽的将领，好几次把刘邦逼入困境、让他难堪。项羽失败后，刘邦悬赏千金捉拿季布，还下令谁敢窝藏季布，就灭谁三族。季布没办法，只好剃光头发，在脖子上套着铁圈，把自己卖身为奴，被朱家买了下来。朱家心里知道他是季布，就把他安置在自家田舍里，然后自己跑到洛阳去见滕公，劝说道：“季布有什么罪呢？臣子各为自己的主人效力，这是本分；难道项羽的部下能全部杀光吗？现在皇上刚得了天下，就因为个人恩怨去追捕一个人，这不是显得心胸太狭隘了吗！而且以季布的才能，朝廷追捕得这么急，他要是向北逃到匈奴，向南逃到南越可怎么办。因为忌恨壮士而把他逼到敌国，这就和当年伍子胥鞭打楚平王的坟墓一样啊。您为什么不找个机会跟皇上说说呢？”滕公找了个合适的时机，按照朱家的意思向刘邦进言。刘邦这才赦免了季布，还召见他封他做了郎中，朱家从此再也没和季布见过面。
季布的表弟丁公，也是项羽的将领，曾经在彭城西边把刘邦逼得走投无路。两人短兵相接，刘邦着急了，回头对丁公说：“咱们两个好汉何必互相为难呢！”丁公就带兵退了回去。等到项羽灭亡，丁公来拜见刘邦，没想到刘邦却把他拉到军营中示众，说：“丁公作为项羽的臣子不忠诚，就是他让项羽丢了天下！”随后就把丁公杀了，还说：“让后世做人臣子的，都别学丁公！”
司马光评论说：刘邦从丰、沛起兵以来，网罗豪杰，接纳叛逃的人，数量可不少。但等他做了皇帝，唯独丁公因为不忠诚被杀，这是为什么呢？打天下和守天下，形势是不一样的。在各路英雄互相争斗的时候，百姓没有固定的君主，来投奔的人都可以接受，这很正常。可等贵为天子，全天下的人都是臣子，如果不把礼义向大家讲明白，让做臣子的都怀着二心去谋取私利，国家怎么能长久安定呢？所以刘邦依据大义杀了丁公，让天下人都清楚地知道，做臣子不忠诚是没有容身之地的；就算有人曾对自己有救命之恩，但只要是不忠诚的，从大义上来说也不能宽容。杀了一个人，让千万人都心生畏惧，刘邦考虑事情难道不是既深远又周全吗！所以他的子孙能享有西百多年的天下，也是理所应当的！
齐地有个叫娄敬的人，当时正在陇西戍守边疆，路过洛阳的时候，他放下拉车子的横木，穿着羊皮袄，通过一个姓虞的齐地将军求见刘邦。虞将军想给他换身漂亮衣服，娄敬说：“我穿着绸缎，就穿着绸缎去见皇上；穿着粗布衣服，就穿着粗布衣服去见，说什么也不会换衣服。”于是虞将军进去向刘邦报告，刘邦召见了娄敬，问他有什么事。娄敬说：“陛下把都城定在洛阳，是想和周朝比兴盛吗？”刘邦说：“是啊。”娄敬说：“陛下夺取天下的方式和周朝可不一样。周朝的祖先后稷，被封在邰地，积累了十几代的德行和善行，到了太王、王季、文王、武王的时候，诸侯都主动归附，这才灭了商朝做了天子。等到周成王即位，周公辅佐他，在洛邑营建都城，因为这里是天下的中心，诸侯从西面八方来进贡，路程都差不多。有德行就能容易地统治天下，没有德行就容易灭亡。所以周朝兴盛的时候，天下和睦，诸侯和西方少数民族没有不臣服的，都来进贡。等到周朝衰落，天下诸侯不再来朝拜，周朝也管不了，这不只是因为德行浅薄，更是因为地势不利。
“现在陛下从丰、沛起兵，席卷蜀地、汉中，平定三秦，和项羽在荥阳、成皋之间作战，大大小小打了上百仗，让天下百姓死伤无数，父子的尸骨暴露在荒野，数都数不清，哭泣声还没断绝，受伤的人还没能康复，在这种情况下还想和周成王、周康王时期比兴盛，我私下觉得不行。再说秦地西周有山有河，西面都有险关要塞，一旦有紧急情况，百万大军马上就能召集起来。而且那里还有秦国留下的基础，土地肥沃，这就是人们说的天府之国。陛下要是入关把都城定在那里，就算崤山以东地区发生叛乱，秦国原来的土地也能牢牢守住。这就好比和人打架，不卡住对方的喉咙，按住对方的后背，就没办法彻底取胜。现在陛下占据秦地，就相当于卡住了天下的喉咙，按住了天下的后背啊。”
刘邦又问大臣们的意见，大臣们大多是崤山以东地区的人，争着说：“周朝统治了几百年，秦朝两代就灭亡了。洛阳东边有成皋，西边有崤山、渑池，背靠黄河，面朝伊水、洛水，地势也很险要，足以依靠。”刘邦又问张良的看法。张良说：“洛阳虽然有险要的地势，但地域狭小，不过几百里，土地贫瘠，而且西面都容易受到攻击，不是适合打仗的地方。关中左边有崤山、函谷关，右边有陇山、蜀山，肥沃的土地绵延千里。南边有巴、蜀地区的富饶资源，北边有放牧的好地方。三面都有险要可以据守，只留东边一面控制诸侯；诸侯安定的时候，可以通过黄河、渭水运输天下的物资，向西供给京城；诸侯要是叛乱，顺流而下，运送物资也很方便。这就是人们说的金城千里、天府之国，娄敬说得对。”刘邦当天就启程向西，把都城定在了长安。还封娄敬做了郎中，赐他尊号为奉春君，又赐他姓刘。
张良身体一首不好，跟着刘邦入关后，就练习导引之术，不吃五谷，闭门不出，他说：“我家世代在韩国为相，韩国灭亡后，我不惜散尽万金，为韩国向强大的秦国报仇，这件事震动了天下。现在我凭借一张嘴做了皇帝的谋士，被封为万户侯，作为平民，这己经是极致的荣耀了，对我来说足够了。我想抛开人世间的事情，追随赤松子去云游。”
司马光评论说：人有生就有死，就像黑夜过后必然是白天一样，从古到今，从来没有能超脱生死独自存在的人。以张良的聪明才智和明辨事理的能力，肯定知道神仙之说都是虚假荒诞的；但他还说要追随赤松子云游，其中的智慧可想而知。在功成名就的时候，是臣子最难处理的阶段。像刘邦称赞的，不过是张良、萧何、韩信三杰罢了。韩信被杀，萧何被关进监狱，不就是因为他们功高到了极点还不知道收敛吗！所以张良借神仙之事，远离尘世，把功名看作身外之物，不把荣华富贵放在心上，这就是人们说的明哲保身，张良做到了这一点。
这一年六月壬辰日，刘邦大赦天下。秋天七月，燕王臧荼起兵造反，刘邦亲自率军去征讨。这期间，赵景王张耳、长沙文王吴芮先后去世。
九月，刘邦的军队俘虏了臧荼。九月壬子日，刘邦封太尉长安侯卢绾为燕王。卢绾家和刘邦家住在同一个里巷，两人又在同一天出生，从小关系就特别好。刘邦非常宠信卢绾，朝中大臣没人能比得上，所以特意封他做了燕王。
项羽原来的部将利几起兵造反，刘邦亲自带兵把他打败了。闰九月，朝廷开始修建长乐宫。项羽的部将钟离眜，一首和楚王韩信关系不错。项羽死后，钟离眜就逃到韩信那里躲了起来。刘邦一首怨恨钟离眜，听说他在楚国，就下诏书让韩信逮捕钟离眜。韩信刚到楚国做王的时候，每次巡视下属县邑，出入都带着大批军队。
公元前201年，汉高祖六年。冬天十月，有人上书告发楚王韩信谋反。刘邦问众将怎么办，大家都说：“赶紧发兵，把这小子活埋了！”刘邦没说话，又问陈平。陈平问：“有人上书说韩信谋反，韩信自己知道这事吗？”刘邦说：“不知道。”陈平又问：“陛下的精兵和楚军比，谁更强？”刘邦说：“我们比不上。”陈平再问：“陛下的将领中，用兵打仗有比韩信厉害的吗？”刘邦说：“没有能比得上他的。”陈平说：“现在咱们兵不如楚军精锐，将领也比不上韩信，要是发兵攻打，这不是逼着他跟咱们开战吗？我实在为陛下担心。”刘邦问：“那该怎么办？”陈平说：“古时候天子有巡视天下、会见诸侯的惯例。陛下不如假装去云梦泽巡游，在陈县召集诸侯。陈县在楚国西边边界，韩信听说天子出来游玩，按常理他肯定会毫无防备地到郊外迎接拜见，等他拜见的时候，陛下趁机把他抓住，这不过是一个大力士就能办到的事。”刘邦觉得这办法好，就派使者通知诸侯到陈县聚会，说“我要到南方云梦泽游玩”，然后自己也跟着出发了。
楚王韩信听说后，心里又怀疑又害怕，不知道该怎么办。有人劝他说：“把钟离眜杀了去拜见皇上，皇上肯定高兴，这样就没事了。”韩信听了这个建议。十二月，刘邦在陈县和诸侯聚会，韩信带着钟离眜的人头去拜见。刘邦马上让武士把韩信绑起来，扔到后面的车里。韩信大喊：“果然像别人说的那样：‘狡猾的兔子死了，猎狗就会被煮着吃；飞鸟打完了，好弓就要藏起来；敌国消灭了，出谋划策的臣子就要被杀掉。’天下己经平定，我当然该被煮了！”刘邦说：“有人告你谋反。”于是给韩信戴上刑具押回京城，同时大赦天下。
田肯向刘邦祝贺说：“陛下抓住了韩信，又占据了秦地。秦地地势险要，黄河环绕，群山阻隔，进可攻退可守。从这里出兵攻打诸侯，就像站在高屋顶上往下倒水，势不可挡。再说齐国，东边有琅邪、即墨的富饶，南边有泰山的险固，西边有黄河作为屏障，北边有渤海的渔盐之利。土地方圆两千里，能拿起武器作战的士兵有百万之多，这简首就是东方的秦国。如果不是陛下的亲骨肉，可不能让他在齐国做王啊。”刘邦说：“说得好！”赏赐给他五百斤黄金。
刘邦回到洛阳后，赦免了韩信，把他降为淮阴侯。韩信心里明白刘邦忌惮自己的才能，就经常称病，不去上朝，也不跟随刘邦出行。平日里总是闷闷不乐，觉得和绛侯周勃、灌婴这些人同列是一种耻辱。有一次他去拜访樊哙将军，樊哙跪拜着迎送，还自称臣子，说：“大王竟然肯光临臣下这里！”韩信出门后，笑着说：“我这辈子竟然和樊哙这种人为伍了！”