项羽昼夜兼程，最终抵达咸阳城外的鸿门（今陕西西安临潼区新丰镇鸿门堡村），与驻扎在灞上的刘邦形成对峙之势。此时，刘邦麾下一员中级将领秘密来到项羽处告密，声称刘邦有僭越称王之心，且未下令处决秦王子婴。项羽闻讯勃然大怒，誓言定要擒获刘邦。范增也在一旁煽风点火，使得项羽怒火更炽，决定次日即兴师讨伐刘邦的军队。
这消息迅速在楚军内部传开，其中有一人尤为焦虑，他便是项羽的叔父项伯。项伯与刘邦的重要谋士张良私交甚笃，曾受过张良的救命之恩，得知项羽欲攻打刘邦的消息后，出于对张良安全的担忧，项伯于夜晚悄悄策马前往刘邦营地，意欲劝张良尽快逃离。然而张良以保护刘邦为由拒绝独自逃生，他思索片刻后，决定带领项伯去见刘邦。刘邦在听取张良讲述事情原委后，面色煞白，连声向项伯表白并无称王之意，所做之事纯属遭人误导，致项羽产生误会。刘邦深知若战事爆发，自己难以抵挡项羽的强大实力，不如先借助项伯之力寻求化解之道。于是，刘邦对项伯以兄长之礼相待，还与其结成儿女亲家，并言语间充满了对项伯的尊重和对项羽的赞誉。项伯见状，感其诚意，承诺会回去劝阻项羽出兵，并要求刘邦明日必须亲自来鸿门拜见项羽。
翌日清晨，刘邦率亲随及少量士兵来到鸿门，将士兵留在营外，仅携亲随步入军营。项羽尚未发动攻击，见到刘邦颇为惊讶，却又不便发作，遂邀众人进入营帐，并安排侍从呈上酒食。刘邦在席间态度谦逊地向项羽解释攻占咸阳的初衷，表明自己是为了后续大军清扫道路，并非有篡夺王位之心，请求项羽勿听信小人谗言。这番话语令项羽心中略感愧疚，认为自己对刘邦误解颇深，加之项伯在旁为刘邦说情，项羽愈发觉得对不住刘邦，原本杀刘邦的念头逐渐消减。然而范增始终在一旁示意项羽应铭记初衷，多次做出暗示，但项羽并未采纳。范增焦急万分，趁机外出找到项羽的堂弟项庄，策划让项庄借敬酒舞剑之名行刺刘邦。项庄应允后进入营帐，举杯向刘邦敬酒后，提出要为沛公舞剑助兴，项羽欣然同意。项庄舞剑渐近刘邦，项伯看破其真实意图，立即拔剑加入舞剑行列，每次项庄企图刺杀刘邦时，项伯均用自己的身体巧妙地遮挡过去。
刘邦目睹席间气氛剑拔弩张，内心虽惶恐不安，但在表面上仍保持着泰然自若，只是小心谨慎不再多饮。张良看出项庄每剑直指刘邦，预感形势危急，找机会出帐告知在外等候的樊哙。樊哙闻讯，立刻闯入营帐，面对项羽怒目而视。项羽本欲发作，幸得张良及时解释，称樊哙仅为刘邦的车夫。项羽解除了戒备，并赐予樊哙一杯酒和一只烤猪肘。樊哙毫不介意地席地而坐，以剑割肉入口，饱餐后，樊哙擦嘴起身，先是感谢项羽的款待，接着指责项羽背弃道义，无视刘邦的善意，反对其存疑；楚怀王早有约定，“先入关中者为王”，如今沛公若真有称王之心，怎会舍弃满城财宝，率军撤至灞上，静候各路诸侯到来？若项王因猜忌而为难沛公，那岂不是重蹈秦朝暴政覆辙？
项羽听罢樊哙之言，一时语塞，不知如何回应。
樊哙落座不久，刘邦借如厕之机溜出营帐，张良和樊哙紧随其后，张良提议刘邦借此机会返回灞上，他则留下与项羽周旋。刘邦此行带来两件礼物，尚未献出，便将礼物留给了张良，请其代为赠送给项羽和范增，而后刘邦在樊哙及随从的护卫下，疾驰返回自己的军营。
待刘邦离灞上已远，张良才缓缓返回营帐，项羽见刘邦未归，颇为惊异，询问缘由。张良解释刘邦因酒醉怕在项王面前失仪，所以提前离去，并提到刘邦此前准备了两份礼物，一对白璧献给项王，一对玉斗献给亚父范增。
范增接过张良的话语，怒不可遏地拔剑斩向玉斗，玉斗瞬间碎裂一地。目睹项羽的一时心软，范增暗自叹息：将来刘邦必将成为项羽的最大劲敌，恐怕会对项羽赶尽杀绝。
刘邦凭借自身的从容应对以及他人的鼎力相助，成功从项羽的生死威胁中脱身，同时也更加坚定了未来铲除项羽、逐鹿中原的决心。此后，项羽虽然占据了咸阳，但他并未像刘邦那样安抚民众，反而处决了秦王子婴以及大部分王室成员、文武百官，并纵容楚军掠夺宫中的奇珍异宝和美女。项羽更是下令焚烧秦宫，大火连续数日不熄。随后，项羽尊楚怀王为义帝，将参与反秦战役的各路将领分封为诸侯王，其中刘邦被封为汉王，英布被封为九江王。共封诸侯王十八位，每位诸侯王都有各自的领地。项羽自封为西楚霸王，定都彭城，成为诸侯王中的领袖。