公元前206年五月，各項準備工作到位，劉邦率軍東出，由韓信統領大軍，丞相蕭何留守漢中管理，負責後勤工作。大家應該還記得，當初了降低項羽的防備心，劉邦按照張良的建議燒了漢中通向關中的棧道。棧道具體是什麼路呢，是盤山建的木道，沒有棧道，人雖然能爬山，但兵車啊、馬那些的就沒法過了，總不能靠人力運送糧草吧。但修棧道可是個大工程，沒個幾年哪裡修的起來。
韓信給劉邦出了個主意：“明修棧道，暗度陳倉。章邯獲封雍王後，按照項羽的意思，一直密切關注著劉邦的動向，不過劉邦火燒棧道後，章邯也放鬆了警惕。當章邯聽到幾百名漢軍在修棧道的消息時，章邯還覺得搞笑：“這叫啥，搬起石頭砸自己的腳，當初是他劉邦自己燒了棧道，現在沒法出來了吧。還就叫了幾百個人在修，這要修到猴年馬月呀。”
章邯沒想到修棧道隻是劉邦的障眼法，此刻劉邦的大軍正沿著一條蜿蜒的小路直逼陳倉（今陝西省寶雞市東）。等章邯再次反應過來的時候，漢軍已經快攻打了陳倉城下了。但章邯也不驚慌，馬上組織人馬到陳倉迎敵。當得知漢軍的大將軍是韓信，章邯還笑劉邦：“這是沒人用了吧，把老項以前的保安拉去當大將軍了。”
也不能怪章邯輕敵，韓信現在的實戰經驗還是零，但章邯很快就被打臉了。雙方一交戰，韓信的指揮水平和漢軍的作戰素養就體現出來了。本來按照章邯的帶兵作戰水平，也未必比韓信差，可他手下的部隊不同往日了。就像韓信的分析，隨著二十萬秦兵被項羽坑殺，章邯在關中的威信早就倒了，現在跟著他打仗的再也不是以前那支團結的軍隊。
但就算是這樣，章邯仍然憑借著超高的軍事水平，依托陳倉的地形暫時擋住了漢軍的進攻。這時候劉邦手下有個叫趙衍的謀士找了一條山上的小路，劉邦就派了一隊人馬從小路繞到了陳倉背後，前後一同對陳倉發動進攻。章邯就算再牛也分身乏術，無法兼顧兩頭，被漢軍擊敗，退守好畤城。
韓信的能力遠遠超過的章邯的預期，心想或許是自己真的老了，他做了一個決定，派弟弟章平守好畤，自己退到都城廢丘（今陝西興平市東南）。漢軍很快包圍了好畤，在韓信的指揮下，樊噲趁夜攻入了好畤，再次大敗秦軍。攻下好畤後，劉邦花了不到一個月的時間，攻占了雍地除了廢丘之外的其他城池，完全切斷了廢丘與外界的聯係。
如今的廢丘，孤城一座。章邯開始反思自己，曾經戰無不勝的他，原以為除了項羽以外沒人製得住他，為什麼如今會敗得這麼徹底。是啊，還有項羽呢，章邯相信，隻要堅持住，項羽一定會派兵支援。麵對漢軍的重重包圍，章邯組織軍隊擊退了一波又一波的攻城。因為齊國田榮的事情，章邯沒有等來項羽的救援，倒是劉邦得到了一個諸侯王的加盟，他便是常山王張耳。
常山被陳餘攻破後，張耳敗逃，他不知道該投靠誰好，心想雖然和劉邦有點交情，但畢竟現在項羽是老大，而且是他把我封為王的，還是去楚國公司好了。張耳手下的一個天文學家甘公勸他說：“我時常夜觀天象，漢王入關後，他們軍隊上方五星會聚，這是天子之象呀，雖然項羽暫時比較牛，但笑到最後的一定是劉邦。”張耳覺得既然是天命所歸，就去投靠了劉邦，劉邦則用最高規格接待了張耳。
章邯的水平和意誌確實匹配得上“名將”的稱號，一座孤城，漢軍就是久攻不下。直到公元前205年六月，廢丘幾乎彈儘糧絕，章邯再也撐不住了，漢軍采用了水攻的方式破城而入。這次章邯沒有再投降，他選擇以自刎的方式結束自己的一生，保全最後的氣節。塞王司馬欣、翟王董翳就沒這麼硬氣了，在章邯還在死守廢丘的時候，他們就歸降了劉邦。
可能有人覺得奇怪，在劉邦攻打章邯的時候，司馬欣、董翳為什麼不出手相救。所以說人都是為了自己而活，沒有堅固的關係，隻有永恒利益。司馬欣、董翳雖然原來都是跟著章邯混的，被封王後他們覺得已經和章邯平起平坐了，要為自己打算。在章邯和劉邦硬碰硬的時候，司馬欣和董翳選擇了袖手旁觀。亂世中見風使舵的人多了去了，誰有實力就投靠誰唄。
就這樣，劉邦平定了整個關中，史稱還定三秦之戰。