劉邦（前256年\/前247年－前195年6月1日），字季，沛豐邑中陽裏人（今江蘇省徐州市豐縣），中國曆史上傑出的政治家、戰略家，漢朝開國皇帝（前202年2月28日－前195年6月1日在位）。
劉邦出身農家，為人豁達大度。早年到外黃縣跟隨張耳。秦朝建立後，出任沛縣泗水亭長。後因釋放刑徒，藏匿於芒碭山中。陳勝起義後，劉邦集合三千子弟在沛縣響應，自稱沛公，投奔反秦義軍首領項梁，共立楚懷王，任碭郡長，封武安侯。
秦二世三年（前207年）率軍進駐灞上，接受秦王子嬰投降，廢除秦朝苛法，約法三章。鴻門宴之後，受封為漢王，統治巴蜀及漢中一帶。同年五月，重返三秦之地，定都櫟陽。他知人善任，虛心納諫，充分發揮部下的才能，積極整合反對西楚霸王項羽的力量，最終迫使項羽兵敗自刎，於漢五年（前202年）贏得楚漢之爭，統一天下，即位於定陶泛水北岸，建立漢朝，初定都雒陽，後徙都長安。
稱帝後，劉邦為穩固統治，陸續消滅臧荼、韓王信、韓信、彭越、英布等異姓諸侯王，分封九個同姓諸侯王；同時建章立製，休養生息，勵精圖治。兵員歸家，豁免徭役，重農抑商，恢複社會經濟，安撫人民，穩定統治。“白登之圍”後宣布開放邊境關市，緩和漢匈關係。漢十二年（前195年），劉邦討伐英布叛亂時傷重不起，製定“白馬之盟”後駕崩，尊號高皇帝，廟號太祖，葬於長陵。
據記載，劉氏起源於三皇五帝之堯帝，堯帝長子監明受封於“劉”邑（今河北省唐縣），監明早亡，其子式繼封，遂以居邑為氏，傳至夏朝有劉累，下傳至士會適秦，歸晉，有子留於秦，恢複劉氏，之後在戰國時獲於魏，遂為魏大夫，魏國從安邑遷都大梁，劉清（劉邦的曾祖父）出生，劉清生劉仁，劉仁遷豐邑，劉家即在此期間遷沛之豐邑（詳見“人際關係”目錄）。
劉邦的祖父雖然曾是楚國豐公（豐邑邑令），但是當時天下動蕩，社會大變遷，劉家到了劉邦父輩這一代，已隻是自事農產的編戶平民。
秦昭王五十一年（前256年）或秦莊襄王三年（前247年），劉邦出生於沛豐邑中陽裏，與盧綰同年同月同日生，兩家非常要好。劉邦少年時和盧綰一起讀書，彼此交好。他的鼻梁高挺，眉骨立體，有美好的鬢角、胡須，左邊大腿有七十二顆黑痣。
劉邦為人仁厚而愛護他人，樂善好施，個性灑脫豁達、不拘小節，頗有度量，但他不喜歡跟家人一樣下地勞動，所以常被父親訓斥，說他不如自己的哥哥會經營，日後在統一天下之後，劉邦還拿此事和劉太公開玩笑：“您看我和二哥劉仲到底誰創下的基業大？”
豐邑和沛縣曾隸屬魏、楚，劉邦的青少年時代成長在魏楚交界地帶，受到兩國文化氛圍的熏陶，其人熟習楚歌，又仰慕魏國英雄信陵君魏無忌的德行。後來有能力西行至魏國各地時，信陵君已故去多年，曾是信陵君門客的張耳也在招納門客，劉邦於是多次到外黃隨同張耳遊曆，往來做客數月，兩人結下深厚的交情。
秦始皇二十二年（前225年），秦滅魏之後，張耳成為秦廷通緝犯，門客皆散去。劉邦迴到家鄉沛縣。到他起事時，帳下人才也多以魏、楚兩地豪傑為主。
秦始皇二十四年（前223年），秦滅楚，沿襲楚舊郡設立泗水郡。進入壯年後的劉邦通過考核成為秦吏，做了泗水的亭長。在任上，他戲弄縣廷官吏，又喜歡喝酒，愛好美色。
劉邦素來有遠大的誌向。在一次送服役的人去鹹陽的路上，他碰到秦始皇大隊人馬出巡，遠遠望去，秦始皇坐在裝飾精美華麗的車上，不禁脫口而出：“哎呀，大丈夫就應該像這樣啊！”
當時，單父（今山東單縣）人呂公和家鄉的人結下冤仇後到沛縣定居，因為沛令和他是好友。在剛剛到沛時，很多人便聽說了他和縣令的關係，於是，人們便來上門拜訪，拉拉關係，套套近乎。劉邦聽說了也去湊熱鬧，當時主持接待客人的是在沛縣擔任主簿的蕭何，他宣布了一條規定：凡是賀禮錢不到一千錢的人，一律到堂下就坐。劉邦雖然沒帶一個錢去，他卻對負責傳信的人說：“我出賀錢一萬！”呂公聽說了，趕忙親自出來迎他。一見劉邦器宇軒昂，與眾不同，就非常喜歡，請入上席就坐。
呂公喜歡給人相麵，看見劉邦的相貌，就非常敬重他。蕭何說：“劉季一向滿口說大話，很少做成什麽事。”劉邦趁機和所有賓客嬉鬧，幹脆就坐到上座去，絲毫不畏縮。飲酒到盡興時，呂公向劉邦遞眼色，讓他一定留下來，劉邦喝完了酒，就留在後麵。
呂公說：“我從年輕的時候就喜歡給人相麵，經我給相麵的人多了，沒有誰能比得上你的麵相，希望你好自珍愛。我有一女願意許給你做灑掃的妻妾。”
酒宴散了，呂媼對呂公大為惱火，說：“你起初總是想讓這個女兒出人頭地，把她許配給個貴人。沛令跟你要好，想娶這個女兒你不同意，今天你為什麽隨隨便便地就把她許給劉季了呢？”呂公說：“這不是女人家所懂得的。”終於把女兒嫁給劉季了。呂公的女兒就是呂雉。
一次，劉邦以亭長的身份為泗水郡押送徒役去驪山，徒役們有很多在半路逃走了。劉邦估計等到了驪山也就會都逃光了，所以走到豐邑西邊的水澤地時，就停下來飲酒，趁著夜晚把所有的役徒都放了。劉邦說：“你們都逃命去吧，從此我也要遠遠地走了！”
徒役中有十多個壯士願意跟隨他一塊走。最後，劉邦帶著這些人逃匿在芒縣、碭縣的山澤（今通稱芒碭山）之中。在此期間，發生了所謂劉邦夜醉斬蛇、“赤帝子”、呂雉宣稱劉邦有“雲氣”等奇事（詳見“軼事典故”目錄），沛縣之中的年輕子弟聽說後，很多人都要前去投奔他。隨後，劉邦的隊伍不斷擴大，有數百人之眾。
由於秦朝政府連年發起大型徭役，以各地男丁往北修長城戍邊；以童男童女和百工幾千人出東海求仙；征集無夫家的女性一萬五千人南下百越，最終導致中原疲敝，百姓亂離，社會矛盾加劇，人們私底下都想要反抗，當時“欲為亂者十家而七”。這時候有客人對劉邦說：“時機到了！”
劉邦迴答：“且等等，當有聖人起於東南。”
果然，在距離此事不到一年之後（秦二世元年，前209年），陳勝、吳廣聚眾起義，建立了“張楚”政權，和秦朝公開對立。
當時，沛縣令也想響應起義，蕭何和沛縣獄掾曹參勸縣令將本縣流亡在外的人召集迴來，一來可以增加力量，二來也可以杜絕後患。縣令覺得有理，便讓樊噲去邀請劉邦，劉邦當時已擁數百之眾。然而此時沛令卻又後悔了，害怕劉邦迴來不好控製，弄不好還會被他所殺，等於是引狼入室。所以，他命令關閉城門，並準備捉拿蕭何和曹參。二人聞訊趕忙逃到了城外，劉邦聞此，於是將一封信射進城中，鼓動城中百姓起來殺掉出爾反爾的縣令，大家一起保衛家鄉。
百姓對平時就不太體恤他們的縣令很不滿，殺了縣令後開城門迎進劉邦，蕭何、曹參都是文吏，擔心身家性命，深恐舉事不成，被秦朝誅滅九族，就竭力推舉劉邦來領導大家起事。大家推舉他為沛縣縣令，依楚製稱作沛公。劉邦便順從民意，設祭壇，立赤旗，自稱赤帝子，很快義軍擴充到三千人。
此時是秦二世元年（前209年）的十月，劉邦已經三十八歲或三十九歲了。
劉邦起事後，立即開始攻略周邊郡縣，先是攻打胡陵、奪下方與，與泗水郡的郡監平大戰於豐邑，將其攻破。於是泗水卒史周苛、周昌兄弟歸順劉邦陣營。接著令雍齒守豐，自己率領軍隊進入薛縣，與秦軍大戰。泗水郡守壯戰敗，逃至戚縣，劉邦麾下的左司馬追斬壯。
接著劉邦率軍返迴亢父縣、方與縣，命曹參鎮守方與縣城。這時魏相周巿來攻方與，方與城轉投魏國，曹參率軍迎擊。雍齒據守的豐邑也被周巿招降，劉邦大怒，舉兵攻豐，不能將其攻克。恰在此時，劉邦又患病，隻得還軍沛縣。
這時，劉邦聽說東陽甯君與秦嘉立景駒為楚王，駐紮在留縣（今沛縣東南），於是投奔景駒，欲借軍攻豐邑。在去投奔景駒的路上，遇見了也要投奔景駒的張良。兩人於是兵合一處。張良與劉邦二人一見交談之後，大有相見恨晚之意。於是張良放棄投奔景駒的念頭，直接投奔到劉邦這邊。劉邦授張良為廄將。然後一起去向景駒請援。
這時秦大將章邯的部將司馬夷攻略楚地，屠戮相縣（今安徽淮北市），到達碭縣（今永城芒山鎮）。於是劉邦與東陽甯君率軍向西，迎擊司馬夷，在蕭縣西與秦軍展開戰鬥，結果不利，劉邦與東陽甯君退至留縣。補充軍隊和糧草後，再次進攻秦軍，以少勝多三天攻下碭縣，收降碭縣軍卒六千人，加上原有部隊總計九千人。
三月，劉邦攻取了下邑（今安徽碭山），返迴再次攻豐，結果仍然沒攻下。之前，原楚國貴族的後代項梁、項羽在吳縣（今江蘇蘇州）起兵，後渡過淮河擴張勢力，攻滅秦嘉、景駒等部。劉邦聽說項梁在薛縣，於是留下軍隊包圍豐邑，自己率領一百餘騎至薛縣見項梁。項梁給劉邦增兵五千、五大夫將十人，三攻豐邑。雍齒不敵，逃奔魏國。
劉邦從屬項梁一個多月後，項羽也攻下襄邑也還至薛縣。當陳勝死亡的消息被證實，項梁把別將全都召迴薛縣，采納範增的建議，擁立戰國時楚懷王的孫子熊心為楚王，仍號楚懷王，定都盱眙。劉邦與英布、蒲將軍、呂臣、陳嬰等別部將領共同參與擁立了楚懷王。
擁立楚懷王後，項梁率軍北上救援齊魏，在亢父、東阿等地大破秦軍。這時齊軍因內部矛盾而撤還，隻有楚軍追擊秦軍。在這期間，劉邦率領曹參、周勃等人與章邯的車騎部隊交戰，將其擊退，平複蒙邑、虞縣、爰戚縣、東緡縣、栗縣、齧桑縣、宛朐縣、單父縣等大量秦軍占領的魏國城池，史稱“定魏地”。
項梁下令楚軍分軍，以劉邦、項羽領兵，率楚軍一部攻城陽。劉項二人率軍攻下城陽（即成陽，今山東菏澤市東），屠之。然後追擊秦軍至濮陽東，再次大破秦軍。秦軍這時得到增援，軍勢再次振興，據守濮陽，放水環繞城池。劉項二人於是繞過濮陽，轉攻定陶（今山東定陶）。定陶未攻下後，又向西攻打雍丘（今河南杞縣）。劉項兩軍大破秦兵，劉邦麾下曹參斬殺三川郡的郡守李由，並俘虜秦侯一人。
正當劉項兩軍進攻陳留之時。章邯大破項梁於定陶，項梁戰死。劉項二人大驚，在商量後決定放棄陳留，還軍東歸。劉項二人分兵，項羽軍駐彭城西、呂臣軍駐彭城東，而劉邦軍駐碭縣。
項梁之死，使諸侯震怖。而秦軍更是挾戰勝餘威常追亡逐北。章邯經過連番勝利，認為楚國已不足慮，於是北上進攻趙國，攻下邯鄲後把民眾都遷徙到河內，並毀掉邯鄲的城牆。而趙軍退守巨鹿，章邯率軍進圍趙王歇與趙相張耳於巨鹿。
楚懷王把都城由盱眙遷至彭城，將呂臣與項羽的軍隊合並起來自己統領。封劉邦為武安侯，升任碭郡長（郡守），統率碭郡兵馬；項羽為長安侯，任魯公。經過一番調整之後，楚國局勢穩定下來。劉邦此時已統籌整個碭郡舊魏地區兵力，其地位實際比項羽的縣公（縣令）要高。
與此同時，被困於巨鹿的趙王歇與張耳遣使至楚向楚國求救。楚懷王答應救趙。但為了分散秦軍力量，決定派一支部隊西向直接攻秦。楚國北路軍以宋義為主將，西路軍以劉邦為主將。約定誰先入關中，誰就可在關中稱王。
當時由於陳勝、項梁相繼敗亡，秦軍兵勢正盛，楚國上下皆不看好西征，誰都不願意領軍西征。懷王身邊的老將們認為唯獨劉邦向來寬厚，是有德行的長者，適合“扶義而西”，減少西進阻力，能更好地不動用暴力讓秦國父老歸順，於是任命劉邦為西征軍統帥。而項羽則因為叔父之死，比較激憤，積極要求隨同劉邦西征。但所有老將皆以項羽為人“僄悍滑賊”及“所過皆殘滅”不利於西征為由拒絕了項羽的要求，讓他擔任北路軍的次將北上救趙。
秦二世三年十月（前208年11月25日至12月23日期間），劉邦軍往西攻城略地，一路收集陳勝、項梁的散卒。經由碭縣到達成陽縣，先在成武縣南麵攻破東郡的郡尉所率領的部隊，又在成陽縣南麵攻打王離軍，在杠裏與秦軍對壘相持，攻破秦二軍、河間守軍，劉邦率領曹參、樊噲、灌嬰、傅寬、郭蒙等與秦將王離交戰，大破其軍。接著，劉邦引兵西進，在昌邑（今山東巨野東南）遇到彭越的部隊，遂與其合力進攻昌邑，沒能攻下，隻得返迴栗縣（今河南夏邑）。在栗縣時，劉邦遇到剛武侯，吞並他的部隊，劉邦軍隊增加了四千多人。接著與魏將皇欣、魏申徒武蒲軍合攻昌邑，又沒攻下。劉邦決定舍棄昌邑不打，率軍西行。
二月，劉邦西經高陽縣，酈食其是高陽裏的門卒，認為經過高陽的軍隊很多，隻有劉邦擁有很大的器量，於是求見劉邦。此時劉邦坐在床上。令兩個女子替他洗腳。酈食其未行拜見之禮，拱手長揖說：“足下要是真想推翻無道之秦，就不應坐著來接見長者。”
劉邦聽後而起，整衣表示歉意，請入上座。酈食其建議劉邦襲擊陳留。劉邦采納酈食其的計策，襲擊陳留縣，得到秦軍囤積的糧草。劉邦封酈食其為廣野君，任命他弟弟酈商為將，領陳留之軍。
劉邦軍在亳縣南部與秦軍交戰，又往西到達開封，秦將趙賁率領秦軍在開封北麵與劉邦交戰，劉邦攜麾下曹參、樊噲、夏侯嬰、灌嬰、傅寬、靳歙等大敗趙賁。
趙賁兵敗退守開封城，酈商率領陳留縣兵，與劉邦、曹參一同包圍開封城，沒有攻下。劉邦轉而西進，率領麾下曹參、樊噲、夏侯嬰、傅寬、郭蒙等人在白馬、曲遇東麵與秦將楊熊交戰，大破楊熊軍，曹參俘虜秦國司馬、禦史各一人 ；夏侯嬰累計俘虜六十八人，收降士卒八百五十人，並繳獲官印一匣。劉邦部隊又在陽武再次擊退楊熊。楊熊敗走逃至滎陽，被秦二世派人殺死。
張良早前勸項梁立韓成為韓王，並隨韓王成西至韓地略地。但接連數月所略之地每占輒失，始終沒打開局麵，因此遊兵於潁川郡一帶。
當劉邦從洛陽南出轘轅山行進時，張良領著一隊兵馬前來跟從劉邦。劉邦向南攻取潁陽縣，屠滅全城。接著攻打長社，憑借張良的協助攻占了韓國的轘轅關。又奪取緱氏縣，接連打下韓地的十多座城邑，擊破了秦將楊熊遺留的守軍。劉邦攻取韓地陽城期間，讓張良憑借韓國司徒的身份去招降韓國舊地，得到韓國王室後裔韓信（後來的韓王信，非“三傑”韓信）的加入，並讓他擔任韓王成的將領。劉邦略定韓國一帶，讓韓王成留守韓國舊都陽翟，帶著張良繼續進軍，韓信（韓王信）也率領他的軍隊跟隨劉邦。
這時候，趙國的別將司馬卬正想渡過黃河進入函穀關。劉邦於是向北拿下平陰縣，截斷黃河渡口。劉邦向南進軍，攜麾下曹參、周勃、樊噲、酈商、夏侯嬰、灌嬰與秦軍在洛陽東部、屍鄉北部交戰，再次大破趙賁大軍。劉邦擊潰趙賁後，繼續進攻洛陽，沒能攻克，轉而南下陽城，收編城中馬匹騎兵。往南攻打南陽郡，在犨縣東麵、陽城東麵擊破南陽郡守呂齮，呂齮退守宛城。
劉邦想繞過宛城直接西進。張良勸道：“您雖欲急入關，秦兵尚眾，距險。今不下宛，宛從後擊，強秦在前，此危道也。”
於是劉邦在夜晚引兵還攻宛城，變更旗幟，天未明，就將宛城團團圍住。曹參、樊噲領軍攻打宛城，先登陷陣。呂齮想要自殺，他的門客陳恢加以勸阻，並出使楚營，與劉邦約定舉城歸降。劉邦封呂齮為殷侯，封陳恢食邑千戶。於是全部平定南陽郡。
秦二世三年七月（公元前207年8月17日至9月15日期間），在劉邦平定南陽郡時，項羽和章邯在殷墟會盟，章邯率軍投降項羽。
劉邦率軍繼續西行，各地沒有不降服的。到達丹水（今河南淅川）。而高武侯鰓、襄侯王陵這時也加入劉邦所率領的楚軍，攻下西陵、胡陽。並且番君吳芮的部將梅鋗也至此，與劉邦軍聯合，攻下析（今西峽縣）、酈等地。
劉邦所部楚軍進兵至武關東麵，於是派魏人寧昌出使秦廷，而這時章邯也投降了項羽。秦丞相趙高弑殺秦二世，令使者迴報劉邦，想要和劉邦約定平分關中。劉邦認為趙高在使詐，於是聽從張良之計，讓酈食其、陸賈勸降武關（今陝西丹鳳縣武關鎮）秦將，趁此機會襲取武關。之後，劉邦一麵率軍西進，一麵令酈商別將攻取秦的漢中、巴、蜀等地。接著劉邦軍再在嶢下擊敗秦軍，進至秦都鹹陽附近的藍田。秦廷在組織了最後的力量，與劉邦軍大戰於藍田，遭遇大敗。此後，秦朝失去了所有的抵抗力量。
秦王子嬰元年（前207年）十月，劉邦的軍隊先於各路諸侯到達灞上。秦王子嬰乘素車、駕白馬，用絲帶係頸，手捧著皇帝的玉璽符節，在軹道旁投降。秦朝至此滅亡。
劉邦進入了鹹陽後，看著富麗堂皇的宮殿，劉邦有些留戀，準備就此住下。樊噲勸他天下還沒有平定，別忘了秦的前車之鑒。劉邦根本聽不進去，直到張良親自來勸，他這才認識到了問題的嚴重性。於是，劉邦率軍退到了灞上。
十一月，劉邦到達灞上之後，便召集當地的名士，和他們約法三章：殺人者死，傷人和偷盜要受到相應的處罰。其他秦朝的苛刻法製一律廢除，這使他得到了民心支持。同月，項羽在新安坑殺二十萬秦軍降卒。十一月中旬，項羽率領諸侯軍隊西至函穀關。
同年（前207年）十二月，項羽率領諸侯軍隊抵達關中。範增勸他趁機除掉劉邦，項羽就下令準備，要在第二天進攻。這時的劉邦在兵力上無法和項羽帶領的諸侯國軍隊相抗衡，他隻有十萬軍隊，項羽有兵力四十萬。項羽的叔父項伯因與張良有老交情，連夜潛入營中勸張良走，以免開戰被殺。張良不願丟下劉邦，就將消息透露給了劉邦。驚慌之下，劉邦趕忙向張良要計策，張良讓劉邦趕緊去見項伯，說明自己沒有野心和項羽爭奪王位。
劉邦依計會見項伯，說明自己並無稱王野心，並與項伯約為親家。項伯當天夜裏返迴軍營對項羽說：“劉邦不率先攻破關中，你怎麽敢進入呢？現在別人有大功勞我們反而攻打他，不道義啊，不如就善待他吧。”項羽答應了。
第二天，劉邦帶著一百多名騎兵趕到項羽的駐地鴻門，當麵向迎接他的項羽賠禮道歉。項羽請劉邦入內赴宴，範增在酒宴上，一再示意項羽發令，但項羽卻猶豫不決，默然不應。範增召項莊舞劍為酒宴助興，趁機殺掉劉邦，項伯為保護劉邦，也拔劍起舞，掩護了劉邦，使項莊的刺殺沒有成功。後來劉邦借故離開，迴到了大營。
鴻門宴之後，項羽便領兵西進，進入鹹陽，屠戮並燒毀秦朝宮室、殺秦王子嬰。項羽不顧楚懷王熊心“先入定關中者王之”的約定，而把熊心尊為義帝，打算和各國諸侯將相自行分封。劉邦被封為漢王，領地是巴、蜀和漢中共四十一縣，國都為南鄭（今陝西南鄭）。並封秦朝的降將章邯、司馬欣、董翳為雍王、塞王、翟王，領關中地，以扼製劉邦。劉邦大怒，打算出兵攻打項羽，經過蕭何等人的勸阻，才決定隱忍入蜀。
項羽自稱西楚霸王，掌握軍隊最高統帥權。楚懷王被虛尊為義帝，後來被項羽驅趕至郴縣殺害。
項羽分封，表麵上看去論功行賞，但是實際上卻是對原諸侯勢力進行重新組合，對服從自己的予以分封行賞，並沒有照顧原諸侯在本國的實力與影響。因此從一開始埋下亂源。而且他又拒絕了謀士自王關中的建議，堅決衣錦還鄉。
漢元年（前206年）四月，諸侯在戲下罷兵，各自迴到自己的封國。劉邦隻好忍氣吞聲接受封號，於四月領兵入漢中、並燒毀棧道，以示再也無意東出，以麻痹項羽。齊國貴族後裔田榮不滿分封，趕走齊王田都，殺膠東王田巿，自立為齊王。五月，劉邦乘機揮軍東出，拜韓信為大將，重返關中，很快擊敗章邯。
八月，劉邦迫降司馬欣、董翳，並用計欺騙項羽，使其相信自己取得關中後已心滿意足，再也不會東進了。項羽放心去攻打田榮，對西邊沒有加強防範。最終則陷入齊地泥潭無法抽身。這樣給了劉邦絕佳的機會。
漢二年（前205年），劉邦在基本平定三秦後，準備東出與項羽爭天下。他出關到陝，慰問那裏的父老。三月，劉邦率軍從臨晉渡河，魏王豹領兵跟隨。很快攻下河內，俘虜殷王司馬卬，置河內郡。南渡平陰津到雒陽，降河南王申陽。這時有新城三老董公等擋在劉邦馬前訴說義帝的死亡經過。漢王聽後，大哭一場，遂為義帝發喪，舉哀三日。然後向各諸侯王發布項羽大逆無道的罪狀，並發動關內兵員，收編三河將士，號召各諸侯王率兵與自己一起討伐項羽為義帝報仇。從而正式拉開了楚漢戰爭的序幕。
漢二年（前205年）五月，劉邦乘項羽深陷於齊國，無力抽身的機會，率領諸侯聯軍五十六萬一舉攻占西楚都彭城。短暫的勝利使劉邦失去理智，整日與諸侯喝酒慶祝。項羽聞之，急率輕騎兵三萬迴襲彭城，聯軍無備，一時被殺十萬，溺水淹死十萬，劉邦僅率數十騎逃脫，以漢為首的反楚聯盟瓦解。
漢二年（前205年）六月，劉邦率部退到滎陽，一路收集敗兵，並派韓信、灌嬰等在京索之戰中擊敗了楚追兵，得以喘息，穩住了陣腳，遂重整軍隊，依托關中基地和有利地勢與項羽長期抗爭。7月，章邯終於兵敗自殺，劉邦完全解除了後顧之憂；且在逃往滎陽前便派人說服英布反楚，聯絡彭越擾楚後方；派韓信開辟北方戰場，攻魏，又令張耳與韓信東下井陘滅趙。同年冬，項羽發動反攻，圍困滎陽，形勢十分危急。劉邦用謀士陳平反間計，使項羽懷疑範增，不用其謀，迫使範增怒而歸鄉。紀信裝扮成劉邦去楚軍詐降，劉邦乘機逃出滎陽，項羽加緊圍攻滎陽，並奪取成皋。
為了減輕楚軍對滎陽的壓力，劉邦率軍經武關、宛（今南陽）、葉（今葉縣南），想引誘項羽南下。為配合漢軍行動，此時韓信也率軍到達黃河北岸，聲援滎陽。彭越正在進攻下邳（今江蘇邳州南）。項羽被迫率軍迴救，劉邦乘機收複成皋。
漢三年（前204年）七月，項羽以淩厲攻勢拔滎陽，再奪成皋。
劉邦一麵命漢軍在鞏縣一帶堅守，阻擊楚軍前進，一麵命韓信組建新軍擊齊，派人入楚腹地協助彭越進攻睢陽縣、外黃縣等地，再次迫使項羽迴救。
漢三年（前204年）十一月，劉邦用計收複成皋，斬殺了項羽大司馬曹咎。
項羽在擊敗彭越後，尋漢軍主力決戰不成，屯兵廣武（今河南滎陽北）與劉邦形成對峙。不久，韓信在濰水之戰中殲滅齊楚聯軍，完成對楚側翼的戰略迂迴，又派灌嬰率軍一部直奔彭城。項羽腹背受敵，兵疲糧盡，遂與漢訂盟，以鴻溝為界，中分天下，東歸楚，西歸漢。
漢四年（前203年）十月，項羽引兵東歸。
楚、漢訂盟後，劉邦本想退兵，在張良、陳平提醒下，下令全力追擊楚軍。
漢四年（前203年）十一月，兩軍戰於固陵（今淮陽西北），項羽小勝。
漢五年（前202年）正月，劉邦、韓信統領三十萬漢軍與十萬楚軍於垓下（今安徽靈璧南）展開決戰。漢軍以韓信率軍在前為先鋒，將軍孔藂為左翼、陳賀為右翼，劉邦率部居中，將軍周勃、柴武列陣在後。
韓信揮軍進攻，采用誘敵深入戰術，前軍先詐敗，信引兵後退，命左、右翼軍包抄攻擊楚軍後部步軍。楚軍久戰疲勞後軍迎戰不利，漢軍將楚後軍與項羽前軍騎士分割兩半，韓信再指揮全軍反擊，楚軍大敗，損失慘重，殘餘部隊隨項羽退迴陣中。
後楚軍退入壁壘堅守，被漢軍重重包圍。楚軍兵疲食盡。漢軍和諸侯聯軍將之重重包圍，晚上四麵傳來楚國的歌聲。致使楚軍上下軍心瓦解，項羽隻有率八百人突圍至烏江（今安徽省和縣境），這時項羽身邊隻剩下二十八騎，一亭長願帶項羽逃至江東重振霸業，遭項羽拒絕。項羽帶著二十八騎大戰漢軍，在全軍覆沒後於烏江自剄而死。楚地自此歸漢。隨後，劉邦率軍北上，招降魯縣，並以魯公之號將項羽葬於穀城。隨後，劉邦還至定陶，馳入韓信軍中，收奪其兵權。
漢五年（前202年）正月，韓信等諸侯及群臣共同上書劉邦，請他即位稱帝。劉邦推辭，韓信他們說：“大王雖然出身貧寒，但能率領眾人掃滅暴秦，誅殺不義，安定天下，功勞超過諸王，您稱帝是眾望所歸。”劉邦依照古禮“三讓”，然後說：“既然你們大家都這樣看，覺得有利於天下吏民，那就按你們說的辦吧。”
同年二月初三，劉邦在山東定陶泛水（今山東曹縣北）之陽舉行登基大典，定國號為漢（史稱西漢、前漢），是為漢高帝。劉邦即皇帝位後，王後呂雉改稱皇後，太子劉盈稱皇太子。
此後，劉邦暫居雒陽，並派兵平定了為項羽叛漢的臨江王共尉的叛亂。他最初打算定都雒陽，後根據戍卒婁敬的建議，定都鹹陽以東的長安（今陝西西安），取長治久安之意。同年六月，宣布大赦天下。
天下平定後，劉邦“命蕭何次律令，韓信申軍法，張蒼定章程，叔孫通製禮儀，陸賈造《新語》。又與功臣剖符作誓，丹書鐵契，金匱石室，藏之宗廟。雖日不暇給，規摹弘遠矣”。自蕭何次律令以下，基本上都屬於立法工作，為後世立製垂範。章是曆數的章法，程是度量衡的規定，軍法是講用兵之道，《新語》是講曆代興衰之故。禮儀，不僅限於朝儀的內容。這樣多方麵的開國規模，是前代所沒有的。
劉邦建國稱帝時，國家一時尚未平靖。為重建戰後的新秩序及安撫功臣，他部分地恢複了封建，采取了郡國並行製，重新分封七個異姓功臣為王，此外，還有超過一百三十人被封為列侯。
西漢王朝建立初年，諸侯國占據大漢江山的多半疆土，如同先秦列國割據狀態，異姓諸侯王在封國內部軍政獨立、尾大不掉，給中央集權的統治帶來了極大的不穩定因素。劉邦封王也僅為權宜之計。
待西漢統治逐步穩固後，劉邦開始有意削除異姓諸侯王。
漢五年（前202年）十月，燕王臧荼率先被平定，劉邦改立密友、太尉盧綰為燕王；其後韓王信叛逃匈奴被誅殺、趙王張敖因部下謀反而被廢為侯；梁王彭越、淮陰侯（原為楚王，後降封）韓信被廢後皆被殺。
漢十年（前197年）九月，代國相陳豨聯合匈奴興兵叛亂，自封代王。劉邦赦免代地官民，率大軍禦駕親征，至次年秋將其平定。
漢十一年（前196年），淮南王英布起兵，並吞並荊王劉賈、楚王劉交的地盤。劉邦聞訊後，立少子劉長為淮南王，並抱病親征，正麵擊敗英布軍，英布逃走，後在番陽被誘殺。
漢十二年（前195年）二月，劉邦先以樊噲，後用周勃為將軍，統兵討伐與陳豨叛軍態度曖昧的盧綰。盧綰知道劉邦顧念舊情，攜家屬、親信數千人在長城下等候，想親自入長安向劉邦解釋，後因劉邦駕崩又畏懼呂雉，不得不逃往匈奴。至此，各大封國自此轉入劉氏子孫手中。隻有長沙王吳臣的長沙國幸免。
漢十二年（前195年），劉邦殺白馬、喋血為盟，與諸將訂下誓約，其核心內容為：“非劉氏而王者，天下共擊之（不是劉氏子弟而稱王的，天下可共同擊滅他）。”
楚漢之際，劉邦忙於戰爭，而匈奴冒頓單於乘間展開征服事業，東滅東胡，西擊大月氏，南侵燕代，一躍成為漠北霸主。
漢六年（前201年）秋，冒頓重重包圍韓王信，韓王信多次派使者向匈奴求和。劉邦派人帶兵援救，但懷疑韓王信多次私派使者，有背叛之心，於是派人加以責備。韓王信“恐誅，因與匈奴共約攻漢，以馬邑（今山西朔州市朔城區）降胡（匈奴）”。
漢七年（前200年）初，劉邦親率三十餘萬大軍擊韓王信，於銅鞮（今山西沁縣南）破其軍，又於晉陽（今山西太原南晉源鎮）破其與匈奴之聯軍。劉邦聞匈奴軍屯代穀（今山西繁峙西北），欲擊之，派人偵察匈奴虛實。冒頓匿其精壯，故意示弱。漢使十數人連續迴報，皆言匈奴可擊。劉邦又派婁敬前往偵察，未及還，劉邦即悉發漢軍三十二萬北上。婁敬迴來後，指出匈奴有詐，不可輕易進兵。
劉邦不聽，親率先頭部隊至平城（今山西大同東），步兵未全到。冒頓單於以四十萬精騎圍劉邦於平城附近的白登山（今山西大同東北）長達七日七夜，漢軍內外聯絡中斷，無法相救。劉邦采納陳平之計，重賂單於之妻閼氏。在閼氏勸說下，冒頓解圍之一角，漢軍乃得突圍，至平城與主力會合。撤退途中采納夏侯嬰的建議，全軍戒備緩行，最終安全迴朝。
隨後匈奴引兵北去。劉邦在漢朝國力未得恢複的情況下，采納婁敬的建議，對匈奴采取和親政策，並開放雙方關市；每年送大批絲綢、糧食、酒等禮物，以緩和其對漢之侵擾。於是漢朝直到文景時期，仍采用和親政策。
劉邦晚年寵愛戚姬及其子趙王劉如意，疏遠呂後，幾次想廢黜呂後所生的太子劉盈而立劉如意。張良、叔孫通等大臣皆反對，劉邦仍未打消易儲想法。最後，在張良提議請來的“商山四皓”的協助下，劉邦才明確劉盈的地位已經穩固，便不再考慮廢立太子一事。
劉邦本來年事已高，在平定英布叛亂時又中了箭傷，到了長安後，病勢日益沉重。呂後找來名醫診視，醫生入宮後，劉邦詢問病情，醫生說此病可治，劉邦卻大罵道：“我以布衣之身，手持三尺之劍而取天下，這不是天命嗎？我的命數在天，即使扁鵲再生，又有什麽用處！”說罷，賞賜給醫生黃金五十斤，打發他走了。
呂後看著彌留中的劉邦，問他死後人事的安排：“蕭相國死後，由誰來接替呢？”劉邦說曹參。呂後問曹參之後是誰，劉邦說：“王陵可以在曹參之後接任，但王陵智謀不足，可以由陳平輔佐。陳平雖然有智謀，但不能決斷大事。周勃雖然不擅言談，但為人忠厚，日後安定劉氏江山肯定是他，用他做太尉吧。”呂後又追問以後怎麽辦，劉邦說：“以後的事你也不會知道了。”
漢十二年四月二十五日（前195年6月1日），劉邦在長安的長樂宮駕崩，享年六十二歲（一說五十三歲）。葬於長陵（位於今陝西鹹陽）。
根據《史記》記載，劉邦死後，群臣議定的廟號是太祖，上尊號為高皇帝，全稱為漢太祖高皇帝，簡稱廟號應該是漢太祖，簡稱尊號為漢高帝，而不是後世習稱的漢高祖。但是《史記·高祖本紀》首稱劉邦為高祖。西漢之後的後世之君為了表示對劉邦的尊敬，均尊稱唿他為高祖。而班固寫的《漢書》文字相同，恐引歧義，將《史記》中的“高祖”換為“帝”。
劉邦自稱帝起，在位共八年。在這八年期間，他並不能將漢家天下治理得太平無事，卻緩和了漢與匈奴、南越的關係，平定了內部的反叛，鏟除了內部潛在的威脅，使當時的政治局勢趨向穩定。
劉邦和項羽爭天下時，季布和丁公都是項羽手下的大將。季布領兵幾次使劉邦受困，丁公也領兵追擊過劉邦，但最後放過了他。劉邦稱帝後，記恨季布多次把自己逼至窘境，就把他抓了起來。但想到自己也需要他這樣的忠臣來輔佐，就不再記仇，不但放了他，還任命他為郎中。
丁公是季布同母異父的弟弟，他聽說季布這樣給過劉邦難堪的人都能釋放做官，他這個曾對劉邦有恩的人就更不用說了。沒想到，他卻被劉邦抓起來。劉邦對眾人說：“丁公做項羽的將領時不忠，就是他這種人使項王喪失了天下。”劉邦下令處死了丁公，還在軍中示眾，警示大家要做忠臣，不要學丁公。
建立漢朝後，劉邦以文治理天下，征用儒生，詔令天下，廣泛求賢。即位的同年，劉邦在雒陽的南宮開慶功宴，宴席上，他總結了自己取勝的原因：“論運籌帷幄之中，決勝於千裏之外，我不如張良；論撫慰百姓供應糧草，我又不如蕭何；論領兵百萬，決戰沙場，百戰百勝，我不如韓信。可是，我能做到知人善用，發揮他們的才幹，這才是我們取勝的真正原因。至於項羽，他隻有範增一個人可用，但又對他猜疑，這是他最後失敗的原因。”
漢初沿襲秦朝的二十等爵製，用以對軍吏及百姓進行激勵嘉賞。劉邦稱帝後，剖符封功臣。當時諸將互不服氣，爭功不止，劉邦就沒有封侯。一次，在雒陽南宮，劉邦看見眾將坐在沙地上不知在說什麽，問身邊的張良怎麽迴事，張良說他們在謀反。劉邦問為什麽，張良說眾人怕劉邦不能全部封賞。劉邦又問怎麽辦，張良就問他最恨的人是誰，劉邦說是雍齒，因為他功勞大而不忍心殺他。張良聽了就讓他封雍齒為侯，這樣，大家就覺得被劉邦記恨的雍齒都能受封，他們就更不用著急了。
於是，劉邦大擺慶功宴，封雍齒為什方侯，還當場命丞相和禦史抓緊時間草擬論功行賞分封的名單。張良的計策果然奏效，眾將的心都安定了。當劉邦在位時期，除七位異姓王外，功臣封侯者一百三十七人，與外戚合計，凡一百四十三人。部分封侯者有並列排名的情況，實際封侯數量更多。漢朝的封爵誓詞，據《史記》記述，其文曰：“使河如帶，泰山若厲。國以永寧，爰及苗裔（即使黃河細得像衣帶，泰山消磨的像磨刀石一樣小，你們的封國也會永遠安寧，讓對你們的恩澤延及後代）。”實際上，劉邦著力平定的是威脅中央統治的“王”，真正誅除的“功臣”僅有放任部下違法亂紀，繼而被煽動擁兵造反、自立為王的陳豨。其餘功臣、宿將，如曹參、周勃、灌嬰、夏侯嬰、張良、陳平，甚至雍齒、項佗等，大都得到善待，爵位也能被後代承襲。
不過，劉邦也對功臣宿將存猜忌之心。他晚年帶病征討英布時，曾對鎮守關中的蕭何不放心，蕭何後來聽從他人建議，霸占百姓田產、自汙聲名而被下獄，劉邦醒悟後將其釋放，專門自比“桀紂”向其道歉。到劉邦病重昏聵時，曾受他人讒言，以為樊噲謀反，擔心他助諸呂作亂。後因陳平的妥善處置，樊噲才得幸免。最後蕭何、樊噲二人也得以善終。
劉邦接承秦朝的中央集權製和郡縣製，也按多年的社會風氣沿用了先秦的分封製，將兩者結合，實行郡國並行製。他即位之初，重新分封異姓王。這些異姓王統治範圍廣大。在劉邦、呂後等的謀劃下，韓信、陳豨、彭越等諸侯王相繼被消滅，隻剩下了長沙王吳臣。
漢六年（前201年），他采納田肯封“親子弟”的建議，分楚地為二國，以從兄劉賈為荊王，弟劉交為楚王；以子劉肥為齊王，下轄七十餘城。英布叛亂後，相繼封幼子劉長為淮南王、侄子劉濞為吳王。
漢七年（前200年），婁敬向劉邦建議，將原關東六國的強宗大族和豪傑名家、名門望族十幾萬人全部遷到關中居住，置於中央控製之下，一方麵防備匈奴對關中的覬覦，一方麵消除後顧之憂。劉邦予以采納，於漢九年十一月（前199年）徙齊、楚大族昭氏、屈氏、景氏、懷氏、田氏五姓於關中，賜予田宅之利，又安排他們守長陵，其目的是“強幹弱支，非獨為奉山園也”，從而確立了西漢王朝的徙陵政策。
通過以上幾個方麵的“強本弱末”的措施，漢朝的中央集權得到了強化。
在劉邦平定了黥布叛亂迴到長安後，蕭何提議把上林苑開放，讓百姓去耕種，因為上林苑基本上已經荒蕪，並不是養獸供皇帝狩獵的地方。劉邦聽後惱怒，認為蕭何拿了商人的賄賂，所以才替他們說話，借百姓之名為商人牟利，劉邦將蕭何關進了監獄，幾天後，有大臣問丞相犯了什麽罪，劉邦說：“原先李斯做秦國的丞相，凡是功勞都歸始皇，不好的事都由自己承擔。但丞相蕭何卻接受了商人的賄賂，替他們求我開放上林苑，收買人心。因此要治他的罪。”通過打擊元老功臣蕭何，劉邦在削弱相權的同時也加強了皇帝的權力。
劉邦建立漢朝後，打算長久定都在雒陽。婁敬聽說後，從山東趕來見劉邦，認為他的得天下和周朝不同，所以不該效仿周朝以雒陽為都，應該到關中定都，這樣便可以在秦地固守險地，國家才能長治久安。張良同意婁敬的建議，他說關中是“金城千裏，天府之國”，退可守，攻可出。劉邦聽後表示同意，很快將都城遷到了長安。
在平定天下後，劉邦取消秦朝嚴苛繁瑣的法律，以“簡易”為主修律。他命蕭何參照秦朝法律“取其宜於時者，作律九章”，即“漢律九章”。這是在戰國時期李悝所製訂的《法經》六篇（盜法、賊法、網法、捕法、雜法、具法）基礎上補充了戶律（戶口管理、婚姻製度和賦稅征收）、興律（主要規定征發徭役、城防守備）和廄律（主要規定牛馬畜牧和驛傳方麵），一般所說的漢律就是指《九章律》。
同時，劉邦重用叔孫通“起朝儀”。叔孫通從魯地征集三十人，加上劉邦左右的學者及其弟子百餘人，參照秦儀，製訂了一套適合當時形勢需要的政治禮儀製度，撰寫了《漢儀十二篇》《漢禮度》《律令傍章十八篇》等儀法法令方麵的專著。這些措施，對漢朝的建立和鞏固起了重要作用。漢七年（前200年），長樂宮成，諸侯群臣朝賀，起用新定朝儀。自諸侯王以下，莫不振恐肅敬。劉邦見上下尊卑有序，不禁感歎道：“吾乃今日知為皇帝之貴也。”
劉邦是以布衣之身親征定鼎的“馬上皇帝”，最早以“馬上得天下”自稱。《漢書》記載，劉邦從起義開始，統率各路雄傑俊才，三年內滅亡秦朝，五年內東克項羽，八年內掃平天下。此後餘生致力於處置異姓諸侯王、鞏固大一統。其一生征戰大致可分為三個階段：
1反秦戰爭時期；
2楚漢戰爭時期；
3削平異姓王時期（含征討韓王信、陳豨等人時對匈奴作戰）
曆史評價
酈食其：“收天下之兵，立諸侯之後。降城即以侯其將，得賂即以分其士，與天下同其利，豪英賢才皆樂為之用。”（《史記》引）
魏豹：“漢王慢而侮人，罵詈諸侯群臣如罵奴耳，非有上下禮節也。”（《史記》引）
高起、王陵：“陛下慢而侮人，項羽仁而愛人。然陛下使人攻城略地，所降下者因以予之，與天下同利也。”（《史記》引）
韓信：“陛下不能將兵，而善將將，此乃言之所以為陛下禽也。且陛下所謂天授，非人力也。”
劉邦出身農家，為人豁達大度。早年到外黃縣跟隨張耳。秦朝建立後，出任沛縣泗水亭長。後因釋放刑徒，藏匿於芒碭山中。陳勝起義後，劉邦集合三千子弟在沛縣響應，自稱沛公，投奔反秦義軍首領項梁，共立楚懷王，任碭郡長，封武安侯。
秦二世三年（前207年）率軍進駐灞上，接受秦王子嬰投降，廢除秦朝苛法，約法三章。鴻門宴之後，受封為漢王，統治巴蜀及漢中一帶。同年五月，重返三秦之地，定都櫟陽。他知人善任，虛心納諫，充分發揮部下的才能，積極整合反對西楚霸王項羽的力量，最終迫使項羽兵敗自刎，於漢五年（前202年）贏得楚漢之爭，統一天下，即位於定陶泛水北岸，建立漢朝，初定都雒陽，後徙都長安。
稱帝後，劉邦為穩固統治，陸續消滅臧荼、韓王信、韓信、彭越、英布等異姓諸侯王，分封九個同姓諸侯王；同時建章立製，休養生息，勵精圖治。兵員歸家，豁免徭役，重農抑商，恢複社會經濟，安撫人民，穩定統治。“白登之圍”後宣布開放邊境關市，緩和漢匈關係。漢十二年（前195年），劉邦討伐英布叛亂時傷重不起，製定“白馬之盟”後駕崩，尊號高皇帝，廟號太祖，葬於長陵。
據記載，劉氏起源於三皇五帝之堯帝，堯帝長子監明受封於“劉”邑（今河北省唐縣），監明早亡，其子式繼封，遂以居邑為氏，傳至夏朝有劉累，下傳至士會適秦，歸晉，有子留於秦，恢複劉氏，之後在戰國時獲於魏，遂為魏大夫，魏國從安邑遷都大梁，劉清（劉邦的曾祖父）出生，劉清生劉仁，劉仁遷豐邑，劉家即在此期間遷沛之豐邑（詳見“人際關係”目錄）。
劉邦的祖父雖然曾是楚國豐公（豐邑邑令），但是當時天下動蕩，社會大變遷，劉家到了劉邦父輩這一代，已隻是自事農產的編戶平民。
秦昭王五十一年（前256年）或秦莊襄王三年（前247年），劉邦出生於沛豐邑中陽裏，與盧綰同年同月同日生，兩家非常要好。劉邦少年時和盧綰一起讀書，彼此交好。他的鼻梁高挺，眉骨立體，有美好的鬢角、胡須，左邊大腿有七十二顆黑痣。
劉邦為人仁厚而愛護他人，樂善好施，個性灑脫豁達、不拘小節，頗有度量，但他不喜歡跟家人一樣下地勞動，所以常被父親訓斥，說他不如自己的哥哥會經營，日後在統一天下之後，劉邦還拿此事和劉太公開玩笑：“您看我和二哥劉仲到底誰創下的基業大？”
豐邑和沛縣曾隸屬魏、楚，劉邦的青少年時代成長在魏楚交界地帶，受到兩國文化氛圍的熏陶，其人熟習楚歌，又仰慕魏國英雄信陵君魏無忌的德行。後來有能力西行至魏國各地時，信陵君已故去多年，曾是信陵君門客的張耳也在招納門客，劉邦於是多次到外黃隨同張耳遊曆，往來做客數月，兩人結下深厚的交情。
秦始皇二十二年（前225年），秦滅魏之後，張耳成為秦廷通緝犯，門客皆散去。劉邦迴到家鄉沛縣。到他起事時，帳下人才也多以魏、楚兩地豪傑為主。
秦始皇二十四年（前223年），秦滅楚，沿襲楚舊郡設立泗水郡。進入壯年後的劉邦通過考核成為秦吏，做了泗水的亭長。在任上，他戲弄縣廷官吏，又喜歡喝酒，愛好美色。
劉邦素來有遠大的誌向。在一次送服役的人去鹹陽的路上，他碰到秦始皇大隊人馬出巡，遠遠望去，秦始皇坐在裝飾精美華麗的車上，不禁脫口而出：“哎呀，大丈夫就應該像這樣啊！”
當時，單父（今山東單縣）人呂公和家鄉的人結下冤仇後到沛縣定居，因為沛令和他是好友。在剛剛到沛時，很多人便聽說了他和縣令的關係，於是，人們便來上門拜訪，拉拉關係，套套近乎。劉邦聽說了也去湊熱鬧，當時主持接待客人的是在沛縣擔任主簿的蕭何，他宣布了一條規定：凡是賀禮錢不到一千錢的人，一律到堂下就坐。劉邦雖然沒帶一個錢去，他卻對負責傳信的人說：“我出賀錢一萬！”呂公聽說了，趕忙親自出來迎他。一見劉邦器宇軒昂，與眾不同，就非常喜歡，請入上席就坐。
呂公喜歡給人相麵，看見劉邦的相貌，就非常敬重他。蕭何說：“劉季一向滿口說大話，很少做成什麽事。”劉邦趁機和所有賓客嬉鬧，幹脆就坐到上座去，絲毫不畏縮。飲酒到盡興時，呂公向劉邦遞眼色，讓他一定留下來，劉邦喝完了酒，就留在後麵。
呂公說：“我從年輕的時候就喜歡給人相麵，經我給相麵的人多了，沒有誰能比得上你的麵相，希望你好自珍愛。我有一女願意許給你做灑掃的妻妾。”
酒宴散了，呂媼對呂公大為惱火，說：“你起初總是想讓這個女兒出人頭地，把她許配給個貴人。沛令跟你要好，想娶這個女兒你不同意，今天你為什麽隨隨便便地就把她許給劉季了呢？”呂公說：“這不是女人家所懂得的。”終於把女兒嫁給劉季了。呂公的女兒就是呂雉。
一次，劉邦以亭長的身份為泗水郡押送徒役去驪山，徒役們有很多在半路逃走了。劉邦估計等到了驪山也就會都逃光了，所以走到豐邑西邊的水澤地時，就停下來飲酒，趁著夜晚把所有的役徒都放了。劉邦說：“你們都逃命去吧，從此我也要遠遠地走了！”
徒役中有十多個壯士願意跟隨他一塊走。最後，劉邦帶著這些人逃匿在芒縣、碭縣的山澤（今通稱芒碭山）之中。在此期間，發生了所謂劉邦夜醉斬蛇、“赤帝子”、呂雉宣稱劉邦有“雲氣”等奇事（詳見“軼事典故”目錄），沛縣之中的年輕子弟聽說後，很多人都要前去投奔他。隨後，劉邦的隊伍不斷擴大，有數百人之眾。
由於秦朝政府連年發起大型徭役，以各地男丁往北修長城戍邊；以童男童女和百工幾千人出東海求仙；征集無夫家的女性一萬五千人南下百越，最終導致中原疲敝，百姓亂離，社會矛盾加劇，人們私底下都想要反抗，當時“欲為亂者十家而七”。這時候有客人對劉邦說：“時機到了！”
劉邦迴答：“且等等，當有聖人起於東南。”
果然，在距離此事不到一年之後（秦二世元年，前209年），陳勝、吳廣聚眾起義，建立了“張楚”政權，和秦朝公開對立。
當時，沛縣令也想響應起義，蕭何和沛縣獄掾曹參勸縣令將本縣流亡在外的人召集迴來，一來可以增加力量，二來也可以杜絕後患。縣令覺得有理，便讓樊噲去邀請劉邦，劉邦當時已擁數百之眾。然而此時沛令卻又後悔了，害怕劉邦迴來不好控製，弄不好還會被他所殺，等於是引狼入室。所以，他命令關閉城門，並準備捉拿蕭何和曹參。二人聞訊趕忙逃到了城外，劉邦聞此，於是將一封信射進城中，鼓動城中百姓起來殺掉出爾反爾的縣令，大家一起保衛家鄉。
百姓對平時就不太體恤他們的縣令很不滿，殺了縣令後開城門迎進劉邦，蕭何、曹參都是文吏，擔心身家性命，深恐舉事不成，被秦朝誅滅九族，就竭力推舉劉邦來領導大家起事。大家推舉他為沛縣縣令，依楚製稱作沛公。劉邦便順從民意，設祭壇，立赤旗，自稱赤帝子，很快義軍擴充到三千人。
此時是秦二世元年（前209年）的十月，劉邦已經三十八歲或三十九歲了。
劉邦起事後，立即開始攻略周邊郡縣，先是攻打胡陵、奪下方與，與泗水郡的郡監平大戰於豐邑，將其攻破。於是泗水卒史周苛、周昌兄弟歸順劉邦陣營。接著令雍齒守豐，自己率領軍隊進入薛縣，與秦軍大戰。泗水郡守壯戰敗，逃至戚縣，劉邦麾下的左司馬追斬壯。
接著劉邦率軍返迴亢父縣、方與縣，命曹參鎮守方與縣城。這時魏相周巿來攻方與，方與城轉投魏國，曹參率軍迎擊。雍齒據守的豐邑也被周巿招降，劉邦大怒，舉兵攻豐，不能將其攻克。恰在此時，劉邦又患病，隻得還軍沛縣。
這時，劉邦聽說東陽甯君與秦嘉立景駒為楚王，駐紮在留縣（今沛縣東南），於是投奔景駒，欲借軍攻豐邑。在去投奔景駒的路上，遇見了也要投奔景駒的張良。兩人於是兵合一處。張良與劉邦二人一見交談之後，大有相見恨晚之意。於是張良放棄投奔景駒的念頭，直接投奔到劉邦這邊。劉邦授張良為廄將。然後一起去向景駒請援。
這時秦大將章邯的部將司馬夷攻略楚地，屠戮相縣（今安徽淮北市），到達碭縣（今永城芒山鎮）。於是劉邦與東陽甯君率軍向西，迎擊司馬夷，在蕭縣西與秦軍展開戰鬥，結果不利，劉邦與東陽甯君退至留縣。補充軍隊和糧草後，再次進攻秦軍，以少勝多三天攻下碭縣，收降碭縣軍卒六千人，加上原有部隊總計九千人。
三月，劉邦攻取了下邑（今安徽碭山），返迴再次攻豐，結果仍然沒攻下。之前，原楚國貴族的後代項梁、項羽在吳縣（今江蘇蘇州）起兵，後渡過淮河擴張勢力，攻滅秦嘉、景駒等部。劉邦聽說項梁在薛縣，於是留下軍隊包圍豐邑，自己率領一百餘騎至薛縣見項梁。項梁給劉邦增兵五千、五大夫將十人，三攻豐邑。雍齒不敵，逃奔魏國。
劉邦從屬項梁一個多月後，項羽也攻下襄邑也還至薛縣。當陳勝死亡的消息被證實，項梁把別將全都召迴薛縣，采納範增的建議，擁立戰國時楚懷王的孫子熊心為楚王，仍號楚懷王，定都盱眙。劉邦與英布、蒲將軍、呂臣、陳嬰等別部將領共同參與擁立了楚懷王。
擁立楚懷王後，項梁率軍北上救援齊魏，在亢父、東阿等地大破秦軍。這時齊軍因內部矛盾而撤還，隻有楚軍追擊秦軍。在這期間，劉邦率領曹參、周勃等人與章邯的車騎部隊交戰，將其擊退，平複蒙邑、虞縣、爰戚縣、東緡縣、栗縣、齧桑縣、宛朐縣、單父縣等大量秦軍占領的魏國城池，史稱“定魏地”。
項梁下令楚軍分軍，以劉邦、項羽領兵，率楚軍一部攻城陽。劉項二人率軍攻下城陽（即成陽，今山東菏澤市東），屠之。然後追擊秦軍至濮陽東，再次大破秦軍。秦軍這時得到增援，軍勢再次振興，據守濮陽，放水環繞城池。劉項二人於是繞過濮陽，轉攻定陶（今山東定陶）。定陶未攻下後，又向西攻打雍丘（今河南杞縣）。劉項兩軍大破秦兵，劉邦麾下曹參斬殺三川郡的郡守李由，並俘虜秦侯一人。
正當劉項兩軍進攻陳留之時。章邯大破項梁於定陶，項梁戰死。劉項二人大驚，在商量後決定放棄陳留，還軍東歸。劉項二人分兵，項羽軍駐彭城西、呂臣軍駐彭城東，而劉邦軍駐碭縣。
項梁之死，使諸侯震怖。而秦軍更是挾戰勝餘威常追亡逐北。章邯經過連番勝利，認為楚國已不足慮，於是北上進攻趙國，攻下邯鄲後把民眾都遷徙到河內，並毀掉邯鄲的城牆。而趙軍退守巨鹿，章邯率軍進圍趙王歇與趙相張耳於巨鹿。
楚懷王把都城由盱眙遷至彭城，將呂臣與項羽的軍隊合並起來自己統領。封劉邦為武安侯，升任碭郡長（郡守），統率碭郡兵馬；項羽為長安侯，任魯公。經過一番調整之後，楚國局勢穩定下來。劉邦此時已統籌整個碭郡舊魏地區兵力，其地位實際比項羽的縣公（縣令）要高。
與此同時，被困於巨鹿的趙王歇與張耳遣使至楚向楚國求救。楚懷王答應救趙。但為了分散秦軍力量，決定派一支部隊西向直接攻秦。楚國北路軍以宋義為主將，西路軍以劉邦為主將。約定誰先入關中，誰就可在關中稱王。
當時由於陳勝、項梁相繼敗亡，秦軍兵勢正盛，楚國上下皆不看好西征，誰都不願意領軍西征。懷王身邊的老將們認為唯獨劉邦向來寬厚，是有德行的長者，適合“扶義而西”，減少西進阻力，能更好地不動用暴力讓秦國父老歸順，於是任命劉邦為西征軍統帥。而項羽則因為叔父之死，比較激憤，積極要求隨同劉邦西征。但所有老將皆以項羽為人“僄悍滑賊”及“所過皆殘滅”不利於西征為由拒絕了項羽的要求，讓他擔任北路軍的次將北上救趙。
秦二世三年十月（前208年11月25日至12月23日期間），劉邦軍往西攻城略地，一路收集陳勝、項梁的散卒。經由碭縣到達成陽縣，先在成武縣南麵攻破東郡的郡尉所率領的部隊，又在成陽縣南麵攻打王離軍，在杠裏與秦軍對壘相持，攻破秦二軍、河間守軍，劉邦率領曹參、樊噲、灌嬰、傅寬、郭蒙等與秦將王離交戰，大破其軍。接著，劉邦引兵西進，在昌邑（今山東巨野東南）遇到彭越的部隊，遂與其合力進攻昌邑，沒能攻下，隻得返迴栗縣（今河南夏邑）。在栗縣時，劉邦遇到剛武侯，吞並他的部隊，劉邦軍隊增加了四千多人。接著與魏將皇欣、魏申徒武蒲軍合攻昌邑，又沒攻下。劉邦決定舍棄昌邑不打，率軍西行。
二月，劉邦西經高陽縣，酈食其是高陽裏的門卒，認為經過高陽的軍隊很多，隻有劉邦擁有很大的器量，於是求見劉邦。此時劉邦坐在床上。令兩個女子替他洗腳。酈食其未行拜見之禮，拱手長揖說：“足下要是真想推翻無道之秦，就不應坐著來接見長者。”
劉邦聽後而起，整衣表示歉意，請入上座。酈食其建議劉邦襲擊陳留。劉邦采納酈食其的計策，襲擊陳留縣，得到秦軍囤積的糧草。劉邦封酈食其為廣野君，任命他弟弟酈商為將，領陳留之軍。
劉邦軍在亳縣南部與秦軍交戰，又往西到達開封，秦將趙賁率領秦軍在開封北麵與劉邦交戰，劉邦攜麾下曹參、樊噲、夏侯嬰、灌嬰、傅寬、靳歙等大敗趙賁。
趙賁兵敗退守開封城，酈商率領陳留縣兵，與劉邦、曹參一同包圍開封城，沒有攻下。劉邦轉而西進，率領麾下曹參、樊噲、夏侯嬰、傅寬、郭蒙等人在白馬、曲遇東麵與秦將楊熊交戰，大破楊熊軍，曹參俘虜秦國司馬、禦史各一人 ；夏侯嬰累計俘虜六十八人，收降士卒八百五十人，並繳獲官印一匣。劉邦部隊又在陽武再次擊退楊熊。楊熊敗走逃至滎陽，被秦二世派人殺死。
張良早前勸項梁立韓成為韓王，並隨韓王成西至韓地略地。但接連數月所略之地每占輒失，始終沒打開局麵，因此遊兵於潁川郡一帶。
當劉邦從洛陽南出轘轅山行進時，張良領著一隊兵馬前來跟從劉邦。劉邦向南攻取潁陽縣，屠滅全城。接著攻打長社，憑借張良的協助攻占了韓國的轘轅關。又奪取緱氏縣，接連打下韓地的十多座城邑，擊破了秦將楊熊遺留的守軍。劉邦攻取韓地陽城期間，讓張良憑借韓國司徒的身份去招降韓國舊地，得到韓國王室後裔韓信（後來的韓王信，非“三傑”韓信）的加入，並讓他擔任韓王成的將領。劉邦略定韓國一帶，讓韓王成留守韓國舊都陽翟，帶著張良繼續進軍，韓信（韓王信）也率領他的軍隊跟隨劉邦。
這時候，趙國的別將司馬卬正想渡過黃河進入函穀關。劉邦於是向北拿下平陰縣，截斷黃河渡口。劉邦向南進軍，攜麾下曹參、周勃、樊噲、酈商、夏侯嬰、灌嬰與秦軍在洛陽東部、屍鄉北部交戰，再次大破趙賁大軍。劉邦擊潰趙賁後，繼續進攻洛陽，沒能攻克，轉而南下陽城，收編城中馬匹騎兵。往南攻打南陽郡，在犨縣東麵、陽城東麵擊破南陽郡守呂齮，呂齮退守宛城。
劉邦想繞過宛城直接西進。張良勸道：“您雖欲急入關，秦兵尚眾，距險。今不下宛，宛從後擊，強秦在前，此危道也。”
於是劉邦在夜晚引兵還攻宛城，變更旗幟，天未明，就將宛城團團圍住。曹參、樊噲領軍攻打宛城，先登陷陣。呂齮想要自殺，他的門客陳恢加以勸阻，並出使楚營，與劉邦約定舉城歸降。劉邦封呂齮為殷侯，封陳恢食邑千戶。於是全部平定南陽郡。
秦二世三年七月（公元前207年8月17日至9月15日期間），在劉邦平定南陽郡時，項羽和章邯在殷墟會盟，章邯率軍投降項羽。
劉邦率軍繼續西行，各地沒有不降服的。到達丹水（今河南淅川）。而高武侯鰓、襄侯王陵這時也加入劉邦所率領的楚軍，攻下西陵、胡陽。並且番君吳芮的部將梅鋗也至此，與劉邦軍聯合，攻下析（今西峽縣）、酈等地。
劉邦所部楚軍進兵至武關東麵，於是派魏人寧昌出使秦廷，而這時章邯也投降了項羽。秦丞相趙高弑殺秦二世，令使者迴報劉邦，想要和劉邦約定平分關中。劉邦認為趙高在使詐，於是聽從張良之計，讓酈食其、陸賈勸降武關（今陝西丹鳳縣武關鎮）秦將，趁此機會襲取武關。之後，劉邦一麵率軍西進，一麵令酈商別將攻取秦的漢中、巴、蜀等地。接著劉邦軍再在嶢下擊敗秦軍，進至秦都鹹陽附近的藍田。秦廷在組織了最後的力量，與劉邦軍大戰於藍田，遭遇大敗。此後，秦朝失去了所有的抵抗力量。
秦王子嬰元年（前207年）十月，劉邦的軍隊先於各路諸侯到達灞上。秦王子嬰乘素車、駕白馬，用絲帶係頸，手捧著皇帝的玉璽符節，在軹道旁投降。秦朝至此滅亡。
劉邦進入了鹹陽後，看著富麗堂皇的宮殿，劉邦有些留戀，準備就此住下。樊噲勸他天下還沒有平定，別忘了秦的前車之鑒。劉邦根本聽不進去，直到張良親自來勸，他這才認識到了問題的嚴重性。於是，劉邦率軍退到了灞上。
十一月，劉邦到達灞上之後，便召集當地的名士，和他們約法三章：殺人者死，傷人和偷盜要受到相應的處罰。其他秦朝的苛刻法製一律廢除，這使他得到了民心支持。同月，項羽在新安坑殺二十萬秦軍降卒。十一月中旬，項羽率領諸侯軍隊西至函穀關。
同年（前207年）十二月，項羽率領諸侯軍隊抵達關中。範增勸他趁機除掉劉邦，項羽就下令準備，要在第二天進攻。這時的劉邦在兵力上無法和項羽帶領的諸侯國軍隊相抗衡，他隻有十萬軍隊，項羽有兵力四十萬。項羽的叔父項伯因與張良有老交情，連夜潛入營中勸張良走，以免開戰被殺。張良不願丟下劉邦，就將消息透露給了劉邦。驚慌之下，劉邦趕忙向張良要計策，張良讓劉邦趕緊去見項伯，說明自己沒有野心和項羽爭奪王位。
劉邦依計會見項伯，說明自己並無稱王野心，並與項伯約為親家。項伯當天夜裏返迴軍營對項羽說：“劉邦不率先攻破關中，你怎麽敢進入呢？現在別人有大功勞我們反而攻打他，不道義啊，不如就善待他吧。”項羽答應了。
第二天，劉邦帶著一百多名騎兵趕到項羽的駐地鴻門，當麵向迎接他的項羽賠禮道歉。項羽請劉邦入內赴宴，範增在酒宴上，一再示意項羽發令，但項羽卻猶豫不決，默然不應。範增召項莊舞劍為酒宴助興，趁機殺掉劉邦，項伯為保護劉邦，也拔劍起舞，掩護了劉邦，使項莊的刺殺沒有成功。後來劉邦借故離開，迴到了大營。
鴻門宴之後，項羽便領兵西進，進入鹹陽，屠戮並燒毀秦朝宮室、殺秦王子嬰。項羽不顧楚懷王熊心“先入定關中者王之”的約定，而把熊心尊為義帝，打算和各國諸侯將相自行分封。劉邦被封為漢王，領地是巴、蜀和漢中共四十一縣，國都為南鄭（今陝西南鄭）。並封秦朝的降將章邯、司馬欣、董翳為雍王、塞王、翟王，領關中地，以扼製劉邦。劉邦大怒，打算出兵攻打項羽，經過蕭何等人的勸阻，才決定隱忍入蜀。
項羽自稱西楚霸王，掌握軍隊最高統帥權。楚懷王被虛尊為義帝，後來被項羽驅趕至郴縣殺害。
項羽分封，表麵上看去論功行賞，但是實際上卻是對原諸侯勢力進行重新組合，對服從自己的予以分封行賞，並沒有照顧原諸侯在本國的實力與影響。因此從一開始埋下亂源。而且他又拒絕了謀士自王關中的建議，堅決衣錦還鄉。
漢元年（前206年）四月，諸侯在戲下罷兵，各自迴到自己的封國。劉邦隻好忍氣吞聲接受封號，於四月領兵入漢中、並燒毀棧道，以示再也無意東出，以麻痹項羽。齊國貴族後裔田榮不滿分封，趕走齊王田都，殺膠東王田巿，自立為齊王。五月，劉邦乘機揮軍東出，拜韓信為大將，重返關中，很快擊敗章邯。
八月，劉邦迫降司馬欣、董翳，並用計欺騙項羽，使其相信自己取得關中後已心滿意足，再也不會東進了。項羽放心去攻打田榮，對西邊沒有加強防範。最終則陷入齊地泥潭無法抽身。這樣給了劉邦絕佳的機會。
漢二年（前205年），劉邦在基本平定三秦後，準備東出與項羽爭天下。他出關到陝，慰問那裏的父老。三月，劉邦率軍從臨晉渡河，魏王豹領兵跟隨。很快攻下河內，俘虜殷王司馬卬，置河內郡。南渡平陰津到雒陽，降河南王申陽。這時有新城三老董公等擋在劉邦馬前訴說義帝的死亡經過。漢王聽後，大哭一場，遂為義帝發喪，舉哀三日。然後向各諸侯王發布項羽大逆無道的罪狀，並發動關內兵員，收編三河將士，號召各諸侯王率兵與自己一起討伐項羽為義帝報仇。從而正式拉開了楚漢戰爭的序幕。
漢二年（前205年）五月，劉邦乘項羽深陷於齊國，無力抽身的機會，率領諸侯聯軍五十六萬一舉攻占西楚都彭城。短暫的勝利使劉邦失去理智，整日與諸侯喝酒慶祝。項羽聞之，急率輕騎兵三萬迴襲彭城，聯軍無備，一時被殺十萬，溺水淹死十萬，劉邦僅率數十騎逃脫，以漢為首的反楚聯盟瓦解。
漢二年（前205年）六月，劉邦率部退到滎陽，一路收集敗兵，並派韓信、灌嬰等在京索之戰中擊敗了楚追兵，得以喘息，穩住了陣腳，遂重整軍隊，依托關中基地和有利地勢與項羽長期抗爭。7月，章邯終於兵敗自殺，劉邦完全解除了後顧之憂；且在逃往滎陽前便派人說服英布反楚，聯絡彭越擾楚後方；派韓信開辟北方戰場，攻魏，又令張耳與韓信東下井陘滅趙。同年冬，項羽發動反攻，圍困滎陽，形勢十分危急。劉邦用謀士陳平反間計，使項羽懷疑範增，不用其謀，迫使範增怒而歸鄉。紀信裝扮成劉邦去楚軍詐降，劉邦乘機逃出滎陽，項羽加緊圍攻滎陽，並奪取成皋。
為了減輕楚軍對滎陽的壓力，劉邦率軍經武關、宛（今南陽）、葉（今葉縣南），想引誘項羽南下。為配合漢軍行動，此時韓信也率軍到達黃河北岸，聲援滎陽。彭越正在進攻下邳（今江蘇邳州南）。項羽被迫率軍迴救，劉邦乘機收複成皋。
漢三年（前204年）七月，項羽以淩厲攻勢拔滎陽，再奪成皋。
劉邦一麵命漢軍在鞏縣一帶堅守，阻擊楚軍前進，一麵命韓信組建新軍擊齊，派人入楚腹地協助彭越進攻睢陽縣、外黃縣等地，再次迫使項羽迴救。
漢三年（前204年）十一月，劉邦用計收複成皋，斬殺了項羽大司馬曹咎。
項羽在擊敗彭越後，尋漢軍主力決戰不成，屯兵廣武（今河南滎陽北）與劉邦形成對峙。不久，韓信在濰水之戰中殲滅齊楚聯軍，完成對楚側翼的戰略迂迴，又派灌嬰率軍一部直奔彭城。項羽腹背受敵，兵疲糧盡，遂與漢訂盟，以鴻溝為界，中分天下，東歸楚，西歸漢。
漢四年（前203年）十月，項羽引兵東歸。
楚、漢訂盟後，劉邦本想退兵，在張良、陳平提醒下，下令全力追擊楚軍。
漢四年（前203年）十一月，兩軍戰於固陵（今淮陽西北），項羽小勝。
漢五年（前202年）正月，劉邦、韓信統領三十萬漢軍與十萬楚軍於垓下（今安徽靈璧南）展開決戰。漢軍以韓信率軍在前為先鋒，將軍孔藂為左翼、陳賀為右翼，劉邦率部居中，將軍周勃、柴武列陣在後。
韓信揮軍進攻，采用誘敵深入戰術，前軍先詐敗，信引兵後退，命左、右翼軍包抄攻擊楚軍後部步軍。楚軍久戰疲勞後軍迎戰不利，漢軍將楚後軍與項羽前軍騎士分割兩半，韓信再指揮全軍反擊，楚軍大敗，損失慘重，殘餘部隊隨項羽退迴陣中。
後楚軍退入壁壘堅守，被漢軍重重包圍。楚軍兵疲食盡。漢軍和諸侯聯軍將之重重包圍，晚上四麵傳來楚國的歌聲。致使楚軍上下軍心瓦解，項羽隻有率八百人突圍至烏江（今安徽省和縣境），這時項羽身邊隻剩下二十八騎，一亭長願帶項羽逃至江東重振霸業，遭項羽拒絕。項羽帶著二十八騎大戰漢軍，在全軍覆沒後於烏江自剄而死。楚地自此歸漢。隨後，劉邦率軍北上，招降魯縣，並以魯公之號將項羽葬於穀城。隨後，劉邦還至定陶，馳入韓信軍中，收奪其兵權。
漢五年（前202年）正月，韓信等諸侯及群臣共同上書劉邦，請他即位稱帝。劉邦推辭，韓信他們說：“大王雖然出身貧寒，但能率領眾人掃滅暴秦，誅殺不義，安定天下，功勞超過諸王，您稱帝是眾望所歸。”劉邦依照古禮“三讓”，然後說：“既然你們大家都這樣看，覺得有利於天下吏民，那就按你們說的辦吧。”
同年二月初三，劉邦在山東定陶泛水（今山東曹縣北）之陽舉行登基大典，定國號為漢（史稱西漢、前漢），是為漢高帝。劉邦即皇帝位後，王後呂雉改稱皇後，太子劉盈稱皇太子。
此後，劉邦暫居雒陽，並派兵平定了為項羽叛漢的臨江王共尉的叛亂。他最初打算定都雒陽，後根據戍卒婁敬的建議，定都鹹陽以東的長安（今陝西西安），取長治久安之意。同年六月，宣布大赦天下。
天下平定後，劉邦“命蕭何次律令，韓信申軍法，張蒼定章程，叔孫通製禮儀，陸賈造《新語》。又與功臣剖符作誓，丹書鐵契，金匱石室，藏之宗廟。雖日不暇給，規摹弘遠矣”。自蕭何次律令以下，基本上都屬於立法工作，為後世立製垂範。章是曆數的章法，程是度量衡的規定，軍法是講用兵之道，《新語》是講曆代興衰之故。禮儀，不僅限於朝儀的內容。這樣多方麵的開國規模，是前代所沒有的。
劉邦建國稱帝時，國家一時尚未平靖。為重建戰後的新秩序及安撫功臣，他部分地恢複了封建，采取了郡國並行製，重新分封七個異姓功臣為王，此外，還有超過一百三十人被封為列侯。
西漢王朝建立初年，諸侯國占據大漢江山的多半疆土，如同先秦列國割據狀態，異姓諸侯王在封國內部軍政獨立、尾大不掉，給中央集權的統治帶來了極大的不穩定因素。劉邦封王也僅為權宜之計。
待西漢統治逐步穩固後，劉邦開始有意削除異姓諸侯王。
漢五年（前202年）十月，燕王臧荼率先被平定，劉邦改立密友、太尉盧綰為燕王；其後韓王信叛逃匈奴被誅殺、趙王張敖因部下謀反而被廢為侯；梁王彭越、淮陰侯（原為楚王，後降封）韓信被廢後皆被殺。
漢十年（前197年）九月，代國相陳豨聯合匈奴興兵叛亂，自封代王。劉邦赦免代地官民，率大軍禦駕親征，至次年秋將其平定。
漢十一年（前196年），淮南王英布起兵，並吞並荊王劉賈、楚王劉交的地盤。劉邦聞訊後，立少子劉長為淮南王，並抱病親征，正麵擊敗英布軍，英布逃走，後在番陽被誘殺。
漢十二年（前195年）二月，劉邦先以樊噲，後用周勃為將軍，統兵討伐與陳豨叛軍態度曖昧的盧綰。盧綰知道劉邦顧念舊情，攜家屬、親信數千人在長城下等候，想親自入長安向劉邦解釋，後因劉邦駕崩又畏懼呂雉，不得不逃往匈奴。至此，各大封國自此轉入劉氏子孫手中。隻有長沙王吳臣的長沙國幸免。
漢十二年（前195年），劉邦殺白馬、喋血為盟，與諸將訂下誓約，其核心內容為：“非劉氏而王者，天下共擊之（不是劉氏子弟而稱王的，天下可共同擊滅他）。”
楚漢之際，劉邦忙於戰爭，而匈奴冒頓單於乘間展開征服事業，東滅東胡，西擊大月氏，南侵燕代，一躍成為漠北霸主。
漢六年（前201年）秋，冒頓重重包圍韓王信，韓王信多次派使者向匈奴求和。劉邦派人帶兵援救，但懷疑韓王信多次私派使者，有背叛之心，於是派人加以責備。韓王信“恐誅，因與匈奴共約攻漢，以馬邑（今山西朔州市朔城區）降胡（匈奴）”。
漢七年（前200年）初，劉邦親率三十餘萬大軍擊韓王信，於銅鞮（今山西沁縣南）破其軍，又於晉陽（今山西太原南晉源鎮）破其與匈奴之聯軍。劉邦聞匈奴軍屯代穀（今山西繁峙西北），欲擊之，派人偵察匈奴虛實。冒頓匿其精壯，故意示弱。漢使十數人連續迴報，皆言匈奴可擊。劉邦又派婁敬前往偵察，未及還，劉邦即悉發漢軍三十二萬北上。婁敬迴來後，指出匈奴有詐，不可輕易進兵。
劉邦不聽，親率先頭部隊至平城（今山西大同東），步兵未全到。冒頓單於以四十萬精騎圍劉邦於平城附近的白登山（今山西大同東北）長達七日七夜，漢軍內外聯絡中斷，無法相救。劉邦采納陳平之計，重賂單於之妻閼氏。在閼氏勸說下，冒頓解圍之一角，漢軍乃得突圍，至平城與主力會合。撤退途中采納夏侯嬰的建議，全軍戒備緩行，最終安全迴朝。
隨後匈奴引兵北去。劉邦在漢朝國力未得恢複的情況下，采納婁敬的建議，對匈奴采取和親政策，並開放雙方關市；每年送大批絲綢、糧食、酒等禮物，以緩和其對漢之侵擾。於是漢朝直到文景時期，仍采用和親政策。
劉邦晚年寵愛戚姬及其子趙王劉如意，疏遠呂後，幾次想廢黜呂後所生的太子劉盈而立劉如意。張良、叔孫通等大臣皆反對，劉邦仍未打消易儲想法。最後，在張良提議請來的“商山四皓”的協助下，劉邦才明確劉盈的地位已經穩固，便不再考慮廢立太子一事。
劉邦本來年事已高，在平定英布叛亂時又中了箭傷，到了長安後，病勢日益沉重。呂後找來名醫診視，醫生入宮後，劉邦詢問病情，醫生說此病可治，劉邦卻大罵道：“我以布衣之身，手持三尺之劍而取天下，這不是天命嗎？我的命數在天，即使扁鵲再生，又有什麽用處！”說罷，賞賜給醫生黃金五十斤，打發他走了。
呂後看著彌留中的劉邦，問他死後人事的安排：“蕭相國死後，由誰來接替呢？”劉邦說曹參。呂後問曹參之後是誰，劉邦說：“王陵可以在曹參之後接任，但王陵智謀不足，可以由陳平輔佐。陳平雖然有智謀，但不能決斷大事。周勃雖然不擅言談，但為人忠厚，日後安定劉氏江山肯定是他，用他做太尉吧。”呂後又追問以後怎麽辦，劉邦說：“以後的事你也不會知道了。”
漢十二年四月二十五日（前195年6月1日），劉邦在長安的長樂宮駕崩，享年六十二歲（一說五十三歲）。葬於長陵（位於今陝西鹹陽）。
根據《史記》記載，劉邦死後，群臣議定的廟號是太祖，上尊號為高皇帝，全稱為漢太祖高皇帝，簡稱廟號應該是漢太祖，簡稱尊號為漢高帝，而不是後世習稱的漢高祖。但是《史記·高祖本紀》首稱劉邦為高祖。西漢之後的後世之君為了表示對劉邦的尊敬，均尊稱唿他為高祖。而班固寫的《漢書》文字相同，恐引歧義，將《史記》中的“高祖”換為“帝”。
劉邦自稱帝起，在位共八年。在這八年期間，他並不能將漢家天下治理得太平無事，卻緩和了漢與匈奴、南越的關係，平定了內部的反叛，鏟除了內部潛在的威脅，使當時的政治局勢趨向穩定。
劉邦和項羽爭天下時，季布和丁公都是項羽手下的大將。季布領兵幾次使劉邦受困，丁公也領兵追擊過劉邦，但最後放過了他。劉邦稱帝後，記恨季布多次把自己逼至窘境，就把他抓了起來。但想到自己也需要他這樣的忠臣來輔佐，就不再記仇，不但放了他，還任命他為郎中。
丁公是季布同母異父的弟弟，他聽說季布這樣給過劉邦難堪的人都能釋放做官，他這個曾對劉邦有恩的人就更不用說了。沒想到，他卻被劉邦抓起來。劉邦對眾人說：“丁公做項羽的將領時不忠，就是他這種人使項王喪失了天下。”劉邦下令處死了丁公，還在軍中示眾，警示大家要做忠臣，不要學丁公。
建立漢朝後，劉邦以文治理天下，征用儒生，詔令天下，廣泛求賢。即位的同年，劉邦在雒陽的南宮開慶功宴，宴席上，他總結了自己取勝的原因：“論運籌帷幄之中，決勝於千裏之外，我不如張良；論撫慰百姓供應糧草，我又不如蕭何；論領兵百萬，決戰沙場，百戰百勝，我不如韓信。可是，我能做到知人善用，發揮他們的才幹，這才是我們取勝的真正原因。至於項羽，他隻有範增一個人可用，但又對他猜疑，這是他最後失敗的原因。”
漢初沿襲秦朝的二十等爵製，用以對軍吏及百姓進行激勵嘉賞。劉邦稱帝後，剖符封功臣。當時諸將互不服氣，爭功不止，劉邦就沒有封侯。一次，在雒陽南宮，劉邦看見眾將坐在沙地上不知在說什麽，問身邊的張良怎麽迴事，張良說他們在謀反。劉邦問為什麽，張良說眾人怕劉邦不能全部封賞。劉邦又問怎麽辦，張良就問他最恨的人是誰，劉邦說是雍齒，因為他功勞大而不忍心殺他。張良聽了就讓他封雍齒為侯，這樣，大家就覺得被劉邦記恨的雍齒都能受封，他們就更不用著急了。
於是，劉邦大擺慶功宴，封雍齒為什方侯，還當場命丞相和禦史抓緊時間草擬論功行賞分封的名單。張良的計策果然奏效，眾將的心都安定了。當劉邦在位時期，除七位異姓王外，功臣封侯者一百三十七人，與外戚合計，凡一百四十三人。部分封侯者有並列排名的情況，實際封侯數量更多。漢朝的封爵誓詞，據《史記》記述，其文曰：“使河如帶，泰山若厲。國以永寧，爰及苗裔（即使黃河細得像衣帶，泰山消磨的像磨刀石一樣小，你們的封國也會永遠安寧，讓對你們的恩澤延及後代）。”實際上，劉邦著力平定的是威脅中央統治的“王”，真正誅除的“功臣”僅有放任部下違法亂紀，繼而被煽動擁兵造反、自立為王的陳豨。其餘功臣、宿將，如曹參、周勃、灌嬰、夏侯嬰、張良、陳平，甚至雍齒、項佗等，大都得到善待，爵位也能被後代承襲。
不過，劉邦也對功臣宿將存猜忌之心。他晚年帶病征討英布時，曾對鎮守關中的蕭何不放心，蕭何後來聽從他人建議，霸占百姓田產、自汙聲名而被下獄，劉邦醒悟後將其釋放，專門自比“桀紂”向其道歉。到劉邦病重昏聵時，曾受他人讒言，以為樊噲謀反，擔心他助諸呂作亂。後因陳平的妥善處置，樊噲才得幸免。最後蕭何、樊噲二人也得以善終。
劉邦接承秦朝的中央集權製和郡縣製，也按多年的社會風氣沿用了先秦的分封製，將兩者結合，實行郡國並行製。他即位之初，重新分封異姓王。這些異姓王統治範圍廣大。在劉邦、呂後等的謀劃下，韓信、陳豨、彭越等諸侯王相繼被消滅，隻剩下了長沙王吳臣。
漢六年（前201年），他采納田肯封“親子弟”的建議，分楚地為二國，以從兄劉賈為荊王，弟劉交為楚王；以子劉肥為齊王，下轄七十餘城。英布叛亂後，相繼封幼子劉長為淮南王、侄子劉濞為吳王。
漢七年（前200年），婁敬向劉邦建議，將原關東六國的強宗大族和豪傑名家、名門望族十幾萬人全部遷到關中居住，置於中央控製之下，一方麵防備匈奴對關中的覬覦，一方麵消除後顧之憂。劉邦予以采納，於漢九年十一月（前199年）徙齊、楚大族昭氏、屈氏、景氏、懷氏、田氏五姓於關中，賜予田宅之利，又安排他們守長陵，其目的是“強幹弱支，非獨為奉山園也”，從而確立了西漢王朝的徙陵政策。
通過以上幾個方麵的“強本弱末”的措施，漢朝的中央集權得到了強化。
在劉邦平定了黥布叛亂迴到長安後，蕭何提議把上林苑開放，讓百姓去耕種，因為上林苑基本上已經荒蕪，並不是養獸供皇帝狩獵的地方。劉邦聽後惱怒，認為蕭何拿了商人的賄賂，所以才替他們說話，借百姓之名為商人牟利，劉邦將蕭何關進了監獄，幾天後，有大臣問丞相犯了什麽罪，劉邦說：“原先李斯做秦國的丞相，凡是功勞都歸始皇，不好的事都由自己承擔。但丞相蕭何卻接受了商人的賄賂，替他們求我開放上林苑，收買人心。因此要治他的罪。”通過打擊元老功臣蕭何，劉邦在削弱相權的同時也加強了皇帝的權力。
劉邦建立漢朝後，打算長久定都在雒陽。婁敬聽說後，從山東趕來見劉邦，認為他的得天下和周朝不同，所以不該效仿周朝以雒陽為都，應該到關中定都，這樣便可以在秦地固守險地，國家才能長治久安。張良同意婁敬的建議，他說關中是“金城千裏，天府之國”，退可守，攻可出。劉邦聽後表示同意，很快將都城遷到了長安。
在平定天下後，劉邦取消秦朝嚴苛繁瑣的法律，以“簡易”為主修律。他命蕭何參照秦朝法律“取其宜於時者，作律九章”，即“漢律九章”。這是在戰國時期李悝所製訂的《法經》六篇（盜法、賊法、網法、捕法、雜法、具法）基礎上補充了戶律（戶口管理、婚姻製度和賦稅征收）、興律（主要規定征發徭役、城防守備）和廄律（主要規定牛馬畜牧和驛傳方麵），一般所說的漢律就是指《九章律》。
同時，劉邦重用叔孫通“起朝儀”。叔孫通從魯地征集三十人，加上劉邦左右的學者及其弟子百餘人，參照秦儀，製訂了一套適合當時形勢需要的政治禮儀製度，撰寫了《漢儀十二篇》《漢禮度》《律令傍章十八篇》等儀法法令方麵的專著。這些措施，對漢朝的建立和鞏固起了重要作用。漢七年（前200年），長樂宮成，諸侯群臣朝賀，起用新定朝儀。自諸侯王以下，莫不振恐肅敬。劉邦見上下尊卑有序，不禁感歎道：“吾乃今日知為皇帝之貴也。”
劉邦是以布衣之身親征定鼎的“馬上皇帝”，最早以“馬上得天下”自稱。《漢書》記載，劉邦從起義開始，統率各路雄傑俊才，三年內滅亡秦朝，五年內東克項羽，八年內掃平天下。此後餘生致力於處置異姓諸侯王、鞏固大一統。其一生征戰大致可分為三個階段：
1反秦戰爭時期；
2楚漢戰爭時期；
3削平異姓王時期（含征討韓王信、陳豨等人時對匈奴作戰）
曆史評價
酈食其：“收天下之兵，立諸侯之後。降城即以侯其將，得賂即以分其士，與天下同其利，豪英賢才皆樂為之用。”（《史記》引）
魏豹：“漢王慢而侮人，罵詈諸侯群臣如罵奴耳，非有上下禮節也。”（《史記》引）
高起、王陵：“陛下慢而侮人，項羽仁而愛人。然陛下使人攻城略地，所降下者因以予之，與天下同利也。”（《史記》引）
韓信：“陛下不能將兵，而善將將，此乃言之所以為陛下禽也。且陛下所謂天授，非人力也。”