秦末大起义中，项羽率领数万楚军，同秦名将章邯、王离所率四十万秦军主力在巨鹿进行了一场重大决战性战役，项羽破釜沉舟，以大无畏精神在各诸侯军畏缩不进时率先猛攻秦军，带动诸侯义军一起最终全歼王离军，并于八个月后迫使另二十万章邯秦军投降。从此项羽确立了在各路义军中的领导地位。经此一战，秦朝主力尽丧，名存实亡。
秦朝农民起义刚刚爆发的时候，出身于文官的章邯，在几十万大军叩关而入时承担起大秦最后的命运。他靠着临时组织起的骊山囚徒，一败周文数十万大军，再破齐楚联军，三杀楚军统帅项梁于定陶。可谓战功累累，似乎大秦军威即将冲振。
当时，秦朝的格局是，黄河以南为秦军势力所占，只有少部分魏的残余势力。王离带着边防军进攻河北之地赵国，更北边盘踞着势力弱小的燕国。田荣因为刚为秦军所败，又怨恨楚赵不杀也是齐王后代、自立为王、算得上他政治对手的田假田角二人，所以龟缩齐地拥兵自保。当时的秦朝朝廷上正为权力斗争而生死相搏，章邯只好担当起剿灭诸起义军的大任。在击败楚军，杀掉项梁之后，章邯做了一个大的战略决定——北上汇合王离军，拿下整个赵国。
就当时来说，这个计划是有战略意义的，因为章邯杀死项梁，楚国虽然震动，但没有伤其元气！项羽等各路楚军已经推至彭城，而且进退有据。而项梁死后，怀王已赶到彭城欲夺项羽军权，如果此时逼得太紧，反而会令楚国暂时放下内讧，共同对外。这个时候还发生了一件偶然的事情，王离军队赵国实施拉拢政策，诈作二世诏书以招降赵将李良。李良因为赵王的姐姐对他无礼而杀了她，因此投靠秦军，击杀了赵王。后来为张耳陈余击败，又投靠了章邯。章邯抓住这个机会，出兵击败了赵军，王离军也趁机包围赵王于巨鹿。章邯军驻扎在其南部，一边为王离军护送粮草，一边守护王离军侧翼，形成夹击之势，此时的赵王是张耳、陈余自民间找到的赵国王族后裔赵歇，并拥立他为王。
赵王被困在巨鹿后，赵相张耳充分发挥其外交特长，游说各地其他诸侯前来救赵。首先赶到的是赵大将陈余，将其数万军队驻扎于巨鹿之北。张耳的儿子张敖也带兵数万而来。南方的楚派其北征军队，北方的燕国派将军臧茶南下。田荣因为个人恩怨不愿意救赵，但是手下的将军田都背着田荣也带着兵来了。但是，这些人来之后，却畏惧秦军势大，都扎下营寨，不敢与秦军交战，只作壁上观。
相持数月不见援兵，张耳大怒，派使者张黡、陈泽质问赵将陈余。陈余没办法，就给张黡、陈泽五千兵力让他们试着攻击秦军。秦军哪把这点人放在眼里，片刻就杀的精光。张耳因此误会是陈余杀了他的使者。
此时，章邯并不急于攻城，而是做起了围城打援的打算：以巨鹿吸引天下诸侯，诸侯如果率军前来，就可以一网打尽；如果诸侯不来就赵，那么就直接攻下巨鹿，全歼赵军，打击诸侯们的嚣张气焰。于是，章邯不再强攻巨鹿而施以围困，自己建立粮道，准备打持久战。这个战略计划看起来是完美的，秦军占据优势，扫灭诸侯、席卷天下之势即将重现。
与此同时，楚军早在10月至11月间就派出北征军队，为何12月才到达？原来楚军中发生权力斗争，项羽成功地杀掉了主将宋义。获得怀王的授权后，为报秦军杀叔父之仇，项羽请缨出站，带领大军渡河救赵。
达到巨鹿后，项羽发现此地驻扎着两只强大的秦军。一只是由秦将蒙恬打造的边防军，这只军队久经沙场，曾击败北方匈奴，立下赫赫战功，带领他们的是当年蒙恬的副手，后来统领边防军的大将王离，被封武城侯，多次跟秦始皇东巡，功名赫赫。这只大军负责围困巨鹿，兵力约20多万。另一只由多次围剿诸侯义军的章邯带领，虽然素质低于王离军，但也是久战之师。
关于这支军队，后世多认为是由骊山囚徒所组成，其实不然。当年周文带几十万军队叩关时，由于秦廷毫无准备，只好由章邯组织骊山囚徒来抵抗义军，但是后来陆续有援军加入，其组成已经由骊山囚徒变成了正规军，像司马欣、董翳等将领就是后来秦派给章邯的援军。在对项梁作战时，起初章邯屡屡为项梁所败，得到援军后方一举攻破项军，杀项梁。可见军队的战斗力已经有了明显的提高。所以，此时项羽要面对的对手，是40多万精锐的秦朝正规军，将领也都是一时名将。
此时，项羽军队的人数在5万~6万之间，其中2万先锋根据《史记》记载，是英布、蒲将军的军队，此外则是项羽的亲兵部队、项梁战败所剩的杂牌军队以及吕臣的农民义军等，完全是个大杂烩，战斗力很难说，指挥起来也有很大的难度。
之前项羽因和怀王的权力之争而斩杀宋义，此刻项羽若战败，估计只能提头去见了。但若此时退缩，想必怀王更不会放过。同时，粮草也是个大问题，项羽军没有任何粮草供应，被秦军围困三个月的巨鹿也将随时可能被秦军击破。而那些来援的诸侯军由于兵少将寡，加之心思各异，所以指望诸侯援助无疑是痴人说梦。对项羽来说，这场战斗就是一场赌博，赌注就是自己性命加上几万楚军，输则全军尽墨，身死当场；赢，则会赢得大秦的整个天下。
项羽开始找秦军的弱点。当时，秦军的布局是王离军围巨鹿，章邯军驻扎在其南边，他利用黄河漕运粮食，然后在洛阳北部黄河岸边的敖仓战备，棘原就是船运码头和仓储所在，也是数十万大军的后勤基地。王离军的粮草供应就是从棘原陆远到巨鹿。为了保证这一粮道的安全和通畅，章邯在粮道两侧修筑起了防卫用的壁垒，驻军守卫，称为甬道。同时，章邯军还能随时对救助巨鹿的援军打击。章、王两支军队就像两只虎钳，牢牢地盯死猎物。而弱点就在两钳之间，只有切断这两只虎钳的联系，集中力量攻其一支才有可能取胜。
于是，项羽先派英布、蒲将军带上自己的两万人马渡河进攻秦军甬道，以作试探。英布、蒲将军不负所望，击败了看守甬道的秦军，切断了秦军通往巨鹿的粮食供应线，也将章邯军和王离军分割开来。从这小胜看，项羽看到秦军的问题所在——甬道虚弱，而章邯军疲惫不堪。于是，项羽决定抓住这个机会全力进攻秦军。此时，小胜的英布、蒲将军面对秦军的反扑，开始筑壁垒坚守，项羽军的主力依靠他们的掩护讯孙抵达漳河，准备攻击对岸的王离军。
由于甬道被切断，王离军的粮草断绝，供应匮乏。同时，巨鹿城内的守军听闻楚军来到，备受鼓舞，更是决定心坚守。城外也有数支援军集结而来，战局出现了有利于诸侯联军的变化。此时，恰逢陈余再次请战，于是项羽让他做出救赵的姿态，吸引王离军的注意，其他主力则全部渡河。渡河之后，项羽做出一项震动全军、青史留名的重大决定——他命令把船沉入河中，砸破做饭的锅，只带了三天的干粮，充分运用了“陷之死地而后生，置之亡地而后存”的计策，把一只向心力不足的军队拴成一股绳，只有一起向前冲才有活路，这就是后人称颂的“破釜沉舟”的由来。
破釜沉舟的楚军，除了三日以内战胜秦军外没有生还的可能，因此人人拼死作战。项羽把主力汇合在一起，直接进攻甬道，断了王离军的粮草。章邯听到消息后立刻带军救援甬道，却正中项羽之计。项羽军以逸待劳，大败章邯。随后，又马不停蹄地杀向毫无准备的王离军。王离突然听说项羽领兵杀来，大吃一惊。应该说三代皆为秦将的王离也是位优秀的将领，在短暂的慌乱之后，其主力部队已排好方阵，做好与楚军作正面决战的准备。然而，项羽亲率大军冲向秦军阵势，轻易地将秦军方阵撕得粉碎，秦军的抵抗变得越来越弱。这时，保护甬道的苏角率领数万秦军感到战场，战局因此陷入僵持。
项羽迅速调整战术，将苏角所率领的骑兵作为主要攻击对象，两支骑兵在战场上相互追逐攻击，结果是苏角战死。秦军再一次陷入绝望，楚军则士气大为高涨。项羽对秦军实施穿插、分割、包围，秦军整齐的队伍慢慢被撕开，中军的主将也暴露在楚军的眼前。项羽亲自带兵直攻秦军的指挥中枢，虽然有近卫部队的拼死保护，但是战场形势已经不可逆转，九战而九胜，最后王离被活捉。楚军立刻大声宣扬，于是主帅被俘的秦军完全陷入混乱和溃散，甚至开始向楚军投降。后军负责粮草辎重的秦将涉眼看大势已去，将自己与守卫的物资一同点着，焚烧而死。
当楚军攻击王离军时，各国援军都按兵不动，只在军营外作壁上观。当楚军大捷，王离军败局已定时，诸侯们看到形势有利，立刻加入痛打落水狗的行列。诸侯们包围秦军，巨鹿城的赵军也里应外合，终于全歼了王离军。战斗结束后，项羽传令召见各国军队的将领。诸将战战兢兢地来到楚军统帅部，无不低声膝行，诚惶诚恐，没有人敢抬头仰望。经过这次战斗，各国军将领对项羽归心畏服，一致公推他为诸国联军统帅。
项羽的楚军虽然人少，但是有几个优势：
第一，秦军人数虽多，但围城既久，久攻不克，士气凋零。而楚军则是新锐之师，以逸待劳，劲头十足。
第二，秦军粮食供应不上，面黄肌瘦，战斗力大打折扣。楚军数绝秦之粮道，应该抢了不少粮食，吃得膘肥体壮。
第三，楚军破釜沉舟，置之死地而后生，只有前进才能生存，虎狼之性被激发出来;秦军兵疲马困，没有斗志。
第四，外围反秦之援军不断聚集，人数越来越多，对秦军士兵心理上也产生巨大的压力。
当时救援巨鹿的十数路义军，无不惊骇于项羽之骁勇。当战场的尘埃散去，项羽以楚国上将军之名义召见各路义军首领，所有人入了辕门之后，跪倒在地，不敢仰视。当他们亲眼看到项羽虎啸天下的英雄气概，谁不惊恐，谁不折服呢?
巨鹿之战，是中国军事史上之一大奇迹，而项羽作为灭秦之英雄，将永载史册。