楚汉久相持未决，丁壮苦军旅，老弱罢转饟。汉王项羽相与临广武之间而语。项羽欲与汉王独身挑战。
——《史记·高祖本纪》
汉四年（203年）二月，在齐地基本平定，再无大规模抵抗的情况下，齐王韩信按照刘邦的命令，派遣灌婴率兵南下攻打楚国。
“潍水之战”中，由于前线楚军主力难以回援，项羽只得命令项佗、龙且等人从楚国境内征调军队驰援齐国，结果却丧师二十万，此战直接导致楚国内部兵力极度空虚。
驻守鲁县的项冠明白，以楚国如今的形势，一旦汉军大举南下，仅凭各郡、各县的守军必定难以抵御。于是，为了防止汉军威胁楚国腹地，在接到灌婴率兵南下的消息后，项冠立即派遣薛公杲北上迎击，试图将灌婴阻拦在楚国北部。
灌婴统率的军队，固然有不少都是韩信在赵地和齐地新招募的军队，但在韩信的训练下，这支军队的战斗力却并不弱；反之，楚军因为主力皆在荥阳前线，而各地驻军又在“潍水之战”中损失惨重，项冠为了防止韩信南下楚国腹地，也招募了大量新军充实军力，并收拢了不少从齐国逃回来到败军，但他却没有韩信招募和训练新军的能力，再加上楚军新败，楚军战力十分堪忧。
薛公杲率领楚军北上后，在鲁县以北与灌婴遭遇，结果楚军一战便被击溃。灌婴乘胜继续率兵南下，项冠率兵出城迎击，又在鲁城下被灌婴击败，只能被迫退回城中，据城而守。
灌婴因为自己统率的多为骑兵，并不善于攻城作战，因此在将项冠逼回鲁城后，灌婴并不攻城，而是绕城而过，又南下击败了薛郡郡守率领的楚军。
由于楚国内部兵力空虚，灌婴在击败项冠和薛郡守军后，便再也没有成规模的楚军能与其野战，各地楚军纷纷据城而守，无人再敢轻易出战。
于是，灌婴率军驰骋于西楚境内，犹如在自家后花园一般，在几乎没有任何抵抗的情况下，便自彭城以西一路南下至下相，沿途能破城便攻，不能破便绕城而过，虽然仅仅攻陷了取虑、僮、徐等个别县城（皆属泗水郡），但却搅得西楚腹地天翻地覆，处处不得安宁。之后，灌婴又率军渡过淮河，进兵至广陵（属东海郡）。
项羽接到消息，为防后方有失，急派项声、薛公（另一位薛县县令）和郯公军率兵夺回淮北。灌婴得知楚军来攻，却是毫无畏惧，又率兵北渡淮河，于下邳大败回援的楚军，斩杀薛公，并夺取下邳。
之后，灌婴一路追击楚军，于平阳再度击败楚军，并降伏了楚都彭城，俘虏楚国柱国项佗。随着都城彭城的再度陷落，楚国各地人心动荡，甚至出现了望风而降的情形，灌婴则乘胜四面出击，接连攻克留、薛、沛、酂、萧、相等县。随后，灌婴又率军向西进发，攻克砀郡谯县和陈郡苦县，并再度俘获亚将周兰。
数月之间，灌婴统率靳歙、傅宽等人驰骋于彭城周边，夺取了东至缯县、郯县、下邳县（皆属东海郡），南至蕲县、竹邑（位于泗水郡中部），西至苦县（属陈郡），包括楚都彭城在内的大片土地，西楚的统治几近崩溃。
与此同时，当初因被项羽击败而北撤至谷城（属济北郡），一直在黄河沿岸打游击的彭越，也趁机再度南下，攻陷昌邑等梁地二十多个城邑，缴获谷物十多万斛。
至此，西楚与荥阳前线楚军的联系，几乎被彻底切断。
看着后方不断传来的战报，前线的项羽逐渐陷入绝望，在楚国已经无力两线作战的情况下，如果自己率军东返收复失地，荥阳前线必然陷入溃败，如此也不过是减缓了覆灭的速度罢了。可是如果放任灌婴和彭越不断在后方攻城掠地，随着楚地的逐渐陷落，自己即便手中兵力再多，终将变成一支孤军，恐怕不久军心便要溃散了。
片刻之后，项羽目光一冷，猛地一捶桌案，冷声道，“为今之计，只有迅速在正面击溃刘邦，然后回援楚地或许还能挽回败局”。
决心已下，项羽立即派人返回楚国，命令楚地各郡县分别据城死守，并称自己将会在击败刘邦后迅速回援，以坚定守军的决心，尽量为自己击败刘邦争取时间。
彼时，刘邦和项羽隔广武涧相持，在刘邦坚守不出的情况下，想要越过这道巨壑发动进攻，无疑比上天还难。如今情形，想要击败刘邦，只能想办法迫使其脱离营垒，与自己野战才行。
为了迫使刘邦出战，项羽想到了被自己俘虏的刘邦亲人，于是命人准备了一个高大的砧板，然后派人将刘邦的父亲刘煓押至前线，绑缚在了砧板上，并命人喊话刘邦，“如果再不投降，我就烹杀了太公。”
刘邦接到禀报后，连忙走出军营来到阵前，眼见刘太公的凄惨模样，刘邦眼含热泪，对于项羽这种卑劣的手段恨得牙痒痒。不过，刘邦也清楚，项羽此举无非是想要迫使自己与他决战，刘邦更清楚，若是两军野战，自己绝非项羽的对手。
自己与项羽交战数年，好不容易取得了如今的优势局面，他又岂能轻言放弃，如今项羽如此焦急，说明他的境况已经恶化到了极点，自己自然不能遂了他的心愿。何况，就算自己为了父亲而退兵，项羽就一定会放过自己吗？
想到此处，刘邦纵使心中不忍，也只能装作若无其事的样子，对项羽说道，“你我同为楚怀王臣子时，曾结为兄弟，我父便是你父，如果你一定要杀了你父亲，那还请分给我一杯肉羹”，说罢转身便回了军营，竟然没有一丝犹豫。不过，刘邦额头暴跳的青筋和眼角的泪痕，却将他此刻内心的煎熬显露无疑。
项羽见刘邦竟然如此绝情，一怒之下便要真的杀死刘太公，一旁的项伯见状，连忙上前劝道，“如今天下未定，志在天下的人哪里开会顾念家眷，你即使杀了刘太公，刘邦也绝不会出战，如此非但没有任何好处，反而会因为不义徒增祸患。”
项羽闻言，这才熄了怒火，命人将刘太公带了回去。
过了几天，眼见用亲人的性命无法威胁到刘邦的项羽，又派人喊话刘邦，待刘邦走出军营后，项羽对其喊道，“几年来，天下扰攘不安，皆是因你我二人的缘故，不如你我二人一决雌雄，不要再让天下人跟着受苦了。”
曾与项羽并肩作战的刘邦，岂能不知道项羽的勇猛，闻听此言，心想：我跟你单挑，那不是找死吗？更何况如今自己在战略层面已经完全占优，又何必去跟你拼命。
于是，刘邦便笑着拒绝道，“我宁愿斗智，而不愿斗力。”
项羽见刘邦始终不肯出战，无奈之下便又派一位声音大、嗓门粗的楚军壮士每天在阵前辱骂挑战。如此前后三天，刘邦不胜其烦，便命麾下神射手楼烦让对方闭嘴，楼烦也是干脆，来到阵前直接拉弓射箭，一箭便将楚军壮士射死当场。
项羽闻讯大怒，亲自披甲持戟出来挑战，楼烦见楚营中又走出一人，还想拉弓再射，但见项羽怒目呵叱，竟然被吓的不敢正视，双手更是颤抖不止，哪里还能拉开硬弓，撒腿便跑回了军营。刘邦派人打听，才知道出战的是项羽。
项羽用尽了各种方法，却始终没有办法迫使刘邦出战，而刘邦派遣神射手射杀楚军壮士行为，倒是激发了项羽的灵感，心想你刘邦手下有神射手，我又何尝没有？
于是，项羽亲自到阵前向刘邦喊话，希望能将刘邦吸引到阵前，同时命人持弩埋伏一旁，趁机射杀刘邦。
刘邦得知项羽在阵前喊话后，果然前来查探，不过刚刚用神射手射杀了对方将士的刘邦，也担心遭到项羽的报复，因此表现的十分谨慎，不仅站在了弓弩的射程以外，甚至还派了几个卫士手持盾牌护在自己身前，不给对方一点机会。
项羽用尽了各种办法想要激怒刘邦，然而刘邦就是不肯向前一步，项羽对此十分无奈，只能再度提议与刘邦单挑。
刘邦闻言，却并未正面回应项羽的提议，而是在两军阵前，高声历数项羽十大罪状，“我最初与你皆受命于怀王，约定先入关中者王之，你却负约，封我于蜀汉。此乃罪一。
怀王命你随宋义北上救赵，你却矫杀卿子冠军而自尊。此乃罪二。
既然已经救赵，便应当率军还报，你却擅自率领诸侯大军入关。此乃罪三。
怀王与众将约定，入关后不得纵兵劫掠、滥杀无辜，你却烧毁秦宫，掘始皇帝陵，私掠财物。此乃罪四。
又不顾秦王子婴已经投降，强行将其杀死。此乃罪五。
于新安坑杀秦国子弟二十万，却又分封秦将为王。此乃罪六。
分封天下，却将诸王将领封于富庶之地，而将其故主迁徙至荒凉之地，结果令君臣兵戈相向。此乃罪七。
你尊怀王为义帝，却又将其逐出彭城，反而自己建都于此，夺取韩王的封地，合并梁、楚称王，多划给自己土地。此乃罪八。
驱逐义帝还不满足，又派人暗杀义帝于江南。此乃罪九。
为人臣子却弑其主，杀害已经投降的人，执政不公允，主持约定却自己不守信，为天下人所不容，实属大逆无道。是为第十罪。
如今，我统率正义之师与诸侯来诛除你这个残暴的贼人，派遣受过刑的罪人来杀你便已足够，我又何苦与你单挑？”
这边刘邦越说越痛快，越说越激动，最后竟然忍不住在阵前踱起步来，指着项羽高声怒斥；对面的项羽却是越听越气，脸色涨的通红，但为了射杀刘邦，却又不得不忍耐，只见其双拳紧握、额头青筋直跳，显然已经气急。
刘邦因为太过激动，来回踱步的他不免脱离了盾牌的保护，早已气急的项羽见状，始终找不到机会的项羽岂肯放过此等良机，也顾不上刘邦还没有进入射程，立即命令埋伏的射手放箭，刘邦应声而倒。
见到刘邦倒地，项羽大为振奋，但由于护在刘邦身前的盾牌手反应迅速，立即将刘邦护在盾牌之后，再加上距离太远，项羽也不知道射中了哪里，更不知道刘邦到底死了没有。
为了不影响士气，防止项羽趁机来攻，胸口中箭的刘邦强忍着剧痛，命人拗断箭支，然后强撑着身体颤巍巍的坐了起来，倒吸一口凉气后，然后摸着脚对项羽喊道，“这个贼人射中了我的脚趾!”说罢，便在近侍的搀扶下退回了军营。
刘邦归营后，立即有随军医生为其诊治。好在当时刘邦所处位置较远，箭矢威力不大，伤口不算太深。不过，虽然创口不深，不至于有生命危险，但由于中箭位置太过致命，伤势仍然十分严重。
医生为刘邦包扎完毕，张良先是严令众人守口如瓶，接着对刘邦表示，虽然刘邦刚才的行为已经迷惑了楚军，但汉军很多将士却都见到了刘邦受伤，如今有些人心浮动，希望刘邦能够前去巡视慰劳将士，以安定军心，防止楚军有机可趁。
刘邦也知道这种关键时刻不能出一点错，便按照张良的建议，强忍着伤口的剧痛，在张良等人的搀扶下穿戴整齐，强撑着身体巡视了一番军营，这才由夏侯婴驾车将其送回成皋休养。
此后数月，项羽虽然仍在不断挑战，但汉军却始终坚守不出、避而不战，刘邦更是连面都不露。
项羽如今是战无可战，退又不敢退，就这么被汉军牵制在了前线，只能被动的与汉军僵持着。
同年七月，经过数月治疗休养后，刘邦的伤势这才得以恢复，不过他却并没有立即返回前线，而是趁机回了一趟关中，于栎阳慰问关中父老，设宴招待郡县官吏，又将已死的司马欣枭首，将其脑袋悬挂在栎阳街市上示众。
刘邦之所以要回一趟关中，既是为了稳固自己对关中的统治，毕竟他不知道自己受伤的消息有没有传回关中，为了避免关中人心动荡，他必须返回关中去安抚一下人心。同时，刘邦或许也是觉察到了决战即将到来，因此希望关中百姓能够继续参军增援前线。
刘邦于关中待了四天，这才重新返回广武前线，并于同年七月封英布为淮南王，命其率领本部兵马深入九江，尝试收复九江地区。不久之后，于关中招募的新军也出了函谷关，纷纷开往广武前线。