公元前206年，在摆了鸿门宴后没几天，项羽就带领40万大军攻入秦朝的首都咸阳。进城之后，项羽当即杀了已经投降的秦三世子婴，放纵士兵烧杀抢掠，还放火烧了秦朝富丽堂皇的阿房宫，史称这场大火“三月不息”。在搜刮了城中所有金银财宝及妇女后，准备东归江苏徐州。
这时，有一名叫韩生的书生对项羽说：“关中地区依山傍水，周围四面皆有险可守，而且土地肥沃，是定都称霸的好地方。”项羽见秦朝的宫殿已被烧得只剩下残垣断壁，又思念故乡，就说：“一个人富贵了如果不归故乡，就如同穿锦绣衣裳在黑夜里行走，有谁知道呢！”
韩生退下来对别人说：“怪不得人家说楚国人沐猴而冠，果然是乡巴佬！”楚人把猕猴叫做“沐猴”，“沐猴而冠”是指猕猴戴上人的帽子假充人样。项羽是楚国人，听到这句讽刺他的话，一怒之下就把韩生放进大锅里给煮了。当年二月，项羽定都江苏徐州，自立为西楚霸王。
秦亡后，他自立为西楚霸王，统治黄河及长江下游的梁、楚九郡。
公元前202年，因刚愎自用和性情残暴而失去谋臣和百姓的支持，项羽率领的十万楚军在安徽灵壁南面的垓下被刘邦的军队围得水泄不通。