汉五年，垓下之战时，刘邦率军与诸侯兵共击项羽的楚军；其中包括齐将田横的部队、原项羽部下投降到汉军的周殷所率的部队、原项羽部下投降到刘邦手下的黥布所率的部队。韩信在刘邦答应其做齐王的条件之后，才出兵围攻项羽。此时靠空手套白狼起家的韩信的军力已达三十万人，实实在在独当一面并成为诸侯军的主力。而“项羽之卒可十万”，即项羽的部队大概有十万人。双方力量对比达到三比一甚至四比一。这种数量对比使项羽明显处于劣势，也使刘邦取得了决战之优势。韩信先行与项羽交战时，项羽雄风犹在，致使韩信“不利，却”。即进攻不利而退却。此时韩信的部将、左将军寥侯孔熙与右将军费侯陈贺从侧翼猛烈突击，才稳住汉军阵势，使韩信缓过劲来再次组织发起攻击，并大败楚军于垓下。好虎架不住一群狼，项羽就这样在四面楚歌声中走向了败亡。汉五年十二月，汉军骑将灌婴追杀项羽于东城，斩首八万楚军，遂拿下了楚地。此时汉军的骑兵部队已独立成军，具有编制上的优势；灌英麾下五千骑军，规模相当于现在的两个团，在楚汉战争尤其是垓下之战中发挥了重要的突击作用。
解决项羽之后，刘邦首先想到的就是韩信以齐王自封要挟他的事。于是他“还至定陶，驰入齐王壁，夺其军”。即刘邦立即回师定陶，驰马进入齐王韩信的营垒，夺走了韩信所统率的部队。这一大措施意在防备韩信节外生枝，乘势再行作乱。原则就是不许你韩信拥兵自重，与我刘邦分庭抗礼。从统驭天下的角度讲，刘邦是正确的；如果天下刚刚平定，又冒出个韩信之乱来，那他刘邦就可能前功尽弃。韩信尝到了他要挟刘邦自称齐王后的第一个苦果。
正月，诸侯及将相们都请求尊称汉王刘邦为皇帝。刘邦心中暗喜，表面却说：“吾闻帝贤者有也，空言虚语，非所守也，吾不敢当帝位。”即说我听说皇帝那是贤者才能拥有的称谓，没有贤能只会说空话假话者不能享此称谓并担此重任。我不敢当此帝位啊。可群臣都说：“大王起微细，诛暴逆，平定四海，有功者辄裂地而封为王侯。大王不尊号，皆疑不信。臣等以死守之。”即说汉王您起事于地位低贱的平民阶层，诛讨暴逆之徒，平定海内，对有功者则划给土地并封为王侯。汉王您如果不称皇帝，我们都怀疑您不是发自内心的真实意思表示。我们以死保证守卫您荣登帝位。
刘邦闻言再三辞让，万不得已才十分感动地说：“诸君必以为便，便国家。”即说你们一定以为这样有利，那么就以国家利益为重吧。然后他选择二月甲午日，在汜水之阳走上皇帝之位。刘邦即位之坛设在曹州济阴县界内。登上皇位后，刘邦自然首先要进行力量调整和布局。他下令：“义帝无后，齐王韩信习楚风俗，徙为楚王，都下邳。”即以韩信熟悉楚地风俗、而义帝在楚地无后人为由，命令齐王韩信到楚国任楚王，都城设在泗州的下邳县。这其实又是刘邦秋后算帐的一大措施，果断而无情地打碎了韩信自封齐王的梦想，斩断了韩信在齐国苦心经营打下的根基。像齐国那样重要的战略之地，刘邦无论如何不会让他认为颇有野心又大有军事才能的韩信去做王。韩信此后的命运，也证明了刘邦这二大措施就是针对其野心而定制。
刘邦又令建成侯彭越为梁王，都于定陶。定陶就是曹州济阴县。又令韩王信也即那个提出与项羽一争天下的人，都于洛州阳翟县，这又是对他的重用。吴芮原为鄱阳县令，号为鄱君，曾率百越即南越一带的部队加入诸侯军，又随项羽进入函谷关，所以项羽当年封他为衡山王，都于江夏的邾县；而邾县位于黄州黄冈县东南二十里处。此人后来站到了刘邦的阵营，于是刘邦把他封到了长沙为王，都于临湘之地。黥布也是从项羽属下投降刘邦的人，因此人为刑徒出身能打仗，曾被称为诸侯之冠，所以早在垓下之围时，刘邦就封他为淮南王。原随从项羽后随刘邦的燕将臧荼、赵王敖等人，也都被封王于故地。在这种布局的过程中，发生了原临江王驩反叛的事件。他原归属于项羽，来到刘邦属下后，两相对比，突然心血来潮，为项羽感到不平，为表达自己的愤慨，公然叛汉。刘邦下令刘贾、卢绾二人率军围剿，数月不下；最后将他杀死在洛阳。
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