王子婴被迫乘坐素车白马，用带子系着颈，捧着玺印向刘邦投降。秦王朝灭亡。

    十月，刘邦进入咸阳。当时他以“关中王”自居，准备就住在宫中，好好享受一番。樊哙提醒他这将重蹈秦的覆辙，他却不以为然。因此张良又再次进谏说：“秦王朝的统治是残暴无道，所以才能使你进入关中。你想为天下除去残暴，自己首先就必须以朴素为本。现在刚刚入秦，却安于享乐，这是所谓‘助桀为虐’，况且，‘忠言逆耳利于行，良药苦口利于病’。樊哙讲的话虽有些难听，但为了夺取天下，我希望你还是听从他的劝告。”这样，刘邦才听从了他们的劝告，“乃封秦重宝财物府库，还军霸上”。只有萧何带着“秦丞相御史律令图书”回到军中。

    十一月，刘邦召集各县一些有名望的人士，向他们宣布：“我们这次入关，目的是要推翻秦的暴政。我们不会侵暴你们，不要害怕！你们苦于秦的苛法已经很久，诽谤者族，偶语者弃市。我曾与诸侯约定，先入关者做关中王，我应该做关中王。所以我现在和你们约法三章：杀人者死，伤人及盗抵罪。原来的秦法一律废除，所有官吏和行政也都保留。”刘邦派人和秦朝原来的官吏一齐到各县乡邑去宣传。老百姓听说后非常高兴，都纷纷带着牛羊酒肉来慰问义军。刘邦辞让说：“仓库里的粮食很多，我不能让你们破费。”老百姓更加高兴，惟恐刘邦不做关中王。

    这时，一个名叫鲰生的谋士向刘邦献计说：“秦的财富十倍于天下，地形也很险固。现在听说章邯已经投降项羽，被封为雍王，称王关中。他们如果来了，你恐怕就不能再做关中王了。你应该赶快派兵守住函谷关，不要让他们入关。”刘邦认为他的意见很对，于是派兵驻守函谷关。

    项羽在救赵消灭秦军主力后，也率军向关中进发。汉王元年十二月，他来到函谷关。一见关门紧闭，又听说刘邦已平定关中，项羽大怒，当即命当阳君英布攻破函谷关，接着率40万大军开到戏下（今陕西临潼东北戏水西岸）。这时，刘邦的左司马曹无伤听说项羽正发怒，为了求封，就暗中派人向项羽告状说：“沛公欲王关中，让子婴做相国，把秦的珍宝都据为己有。”项羽一听，更是火上加油，加之谋士范增也劝项羽赶快除掉刘邦，因此他下令犒劳士兵，明天一早就向刘邦进攻。刘邦当时只有10万人，在兵力上完全处于劣势。在大难就要临头之际，刘邦却来了救星。这个救星就是项羽的叔叔项伯。项伯和刘邦的谋臣张良交往甚密，张良曾救过他的命。他听说项羽马上就要向刘邦进攻，连夜驰入刘邦军中，想把张良带走。张良却对他说：“沛公有大难，我作为谋臣不能一声不吭就走，要走也得把这个事情告诉他。”刘邦听了大惊，要张良赶快考虑对策。张良说：“你现在应亲自去对项伯说明，你不敢背叛项王。”刘邦对项伯以好酒招待，并约为儿女亲家，然后说：“我入关后，秋毫不敢所取，登记吏民，封存府库，以等待将军（指项羽）。所以遣将守关。是为防备盗贼和其他意外。我日夜盼望将军到来，怎么敢反叛呢！希望您能替我向将军说明这个情况。”项伯答应，对刘邦说：“你明天拂晓定要亲自去对项王赔礼。”刘邦答应后，项伯即连夜返回，把刘邦的话全部告诉了项羽，并劝告项羽说：“沛公不先破关中，你能顺利入关吗？人家有大功，不该这样对待，还是好好相待才是。”项羽表示同意，取消了进攻计划。

    第二天一早，刘邦率张良、樊哙和一百多个骑兵来到项羽的营帐鸿门，向项羽赔礼。项羽宴请刘邦，席上明争暗斗，剑拔弩张，演出了历史上著名的“鸿门宴”。鸿门宴后，项羽即率兵西屠咸阳，杀秦王子婴，烧秦宫室，掳掠财物妇女，然后东归。到汉王元年（公元前206年）二月，他以最高统帅的身份，尊怀王为义帝，立诸将为王、侯。诸侯王共分封了19个：项羽自立为西楚