就在宋义离开楚营的第二天，钟离昧忽然派人向武信君送来了章邯的投降书，上面写道：
楚项将军麾下：因我军粮草早已用完，已经没有办法再继续打下去了，战马也都杀了充饥，全城军民叫苦不迭，我不想看到百姓饿死，军士被杀，愿意率领全城人投降楚国，恳请您的恩准。如果愿意接受我的投降，情愿出城纳降。秦国败军之将章邯致书再拜。
项梁看完信后，大喜过望，当即批准章邯投降，然后询问濮阳的情况。信使回答：“敌人的粮食早以吃完，军民都在四处争挖野菜，战马也杀完了，城头上到处都能看到飞禽啄食的情景，章邯信中所言都是实情。”武信君大喜道：“你先回去告诉钟离将军，让他们做好准备，我随后就率领大军前来接受章邯的投降。”信使走后，有人问武信君：“这是不是章邯在耍什么花招，故意欺骗我们？”武信君笑道：“章邯能耍什么花招？他们见救兵不到，粮尽被困，不投降就得死，完全是身不由己啊，有什么可怀疑的？”正在说话的时候，忽然范增派人前来送信说：
秦国征调四处的兵马救援章邯，章邯必定想要一心战胜楚军。我又夜观天象，见太白星直犯定陶的上空，主星晦暗，客星倍明，这预示着主帅凶多吉少，恐对大将军不利，因此忧心如焚。我已经派沛公的大将曹参赶往定陶，军队很快就会到达。章邯极会用兵，请大将军一定要谨慎。
项梁看完信，心想这不是范增拿天象来诅咒我吗？就很不高兴地说：“章邯约定投降，正应了‘主帅凶多吉少’之事，这说的不就是秦将章邯吗？军师却把主星和客星弄颠倒了，反而怀疑我有不测，真是多虑啦！况且敌人远在东郡，怎能到达定陶？”就只顾吩咐摆酒设宴，庆贺章邯的投降，一点儿没有把范增的话放在心上。
酒喝到天黑，桓楚和于英商议道：“虽然章邯要投降，可范军师的话应该重视，我们应该长个心眼。”二人就主动出去巡营。直到三更时分，一点儿都不懈怠。就在这时，有军士前来报告，说宛朐方向发现有一支秦军到来。桓楚问有多少人。回答说只看见一些火把，看不清人多人少。桓楚对于英道：“我亲自前去察看，若是秦军，就杀退他们。”于英道：“章邯不是要约定投降，怎么会有兵马前来？这事蹊跷，应该先向大将军报告。”桓楚和于英就急忙来见项梁。可是这时项梁已经喝得大醉，根本无法禀报。二人就决定率领一支骑兵出城去看个究竟。他们来到城西，果然发现来的是秦国的增援部队，就打马向前，奋力追杀。秦军丢盔弃甲，大败而逃。原来这支兵马正是章邯派来引诱楚军的鲁范军。二人一口气追了二、三十里，得到了许多战利品。
定陶城外，楚军的大营里，灯火通明，军士们都已经进入了梦乡。到了四更天，突然一群怪兽出现在了楚军军营的外围，它们的头上都蒙着黑布，双角上绑着锋利的刺刀，在黑夜中如同电光一般阴森恐怖。突然之间，怪兽的尾巴上燃起了火，它们被火一烧，就哞哞哞地嚎叫着如同出洞的魔鬼，从楚军军营的外围向楚营狂奔而来，锐不可挡。怪兽的后面紧跟着一队队精甲铁骑，他们呐喊着也冲进了楚军的军营。只瞬间的工夫，定陶东面旷野上的楚军军营，就如同火山喷发了一样，只见万兽奔腾，各种怪异声连成了一片。原来正是秦国的骑兵兵团在章平的率领下杀到了。章邯他沿用了前代名将田单的火牛阵，把所有运到定陶来的耕牛全部武装起来，大约有上千头耕牛。耕牛的双角上都绑着长长的兵器，牛身上还披着铠甲，牛头上蒙着各种怪兽的图案，看上去青面獠牙，非常吓人。牛尾上的火越烧越大，直烧得耕牛疼痛难忍，一个劲的向前冲锋，秦军也跟在后面冲锋，场面非常宏大，如同神兵天降。
楚军将士喝了大半夜的酒，都回到大营酣睡了，这时被这突如其来地声音惊醒过来，都惊慌失措地爬出大帐想看个究竟。这不看不知道，一看吓一跳：只见迎面而来的全是蒙着眼睛的怪兽，楚军将士哪敢抵挡，都惊得魂飞魄散。怪兽狂奔来到营中，就用帮着刺刀的长角抵触楚军。楚军个个人仰马翻，屁滚尿流，哭爹喊娘。有的楚军还拼命地向前奔跑，被怪兽赶上，就将锋利的尖刀深深地刺进了后背，还有的被尖刀挑起来撂在半空，直见鲜血四溅，受伤的军士杀猪般地嚎叫、哀号。秦军甲士紧随其后，他们个个披坚执锐，逢人就砍，遇头就剁，十多万楚军如同待宰的羔羊，都来不及穿上衣甲，操起武器，就在恐惧和惊叫中瞬间丧命了，他们或被怪兽的双角刺伤刺死，或着被精壮的秦军砍翻，都死得凄惨无比。
随后，秦国的大队步卒就在无数火把的照耀下如同翻卷的黑色浪潮，直从北面广阔的平原上席卷而来，秦军的统帅章邯亲自杀到，长史司马欣紧跟其后。二人气势汹汹地杀到了北城门下，从北门径直杀了进来。这时都尉董翳从西门杀入，校尉侯健、周书平、张卿臣等率兵从东门杀入，三路秦军如同洪水猛兽般，从三个城门猛攻进来。顷刻之间，一座定陶城就被秦军冲得七零八落，楚军们四散逃命，哭声一片，混乱不堪。秦军又将火把扔到街道旁的民房里，城中顿时又燃起了大火，烈焰冲天而起。武信君在府衙里昏睡，忽听各路将领前来报告情况，大吃一惊，跳起身来，却因酒醉，差点儿栽倒，就醉醺醺地拔剑出账，察看情况。这时丁公、项它、郑布、丁疾、董绁等人都一齐前来保护他，一些军士也纷纷从四面八方飞报秦军入城的消息。武信君听说秦军已经进城了，就急忙率领将士出了府衙。这时只见城中火光冲天，黑烟弥漫，四周的喊杀声连成一片，城中每个角落都混乱不堪。武信君惊慌失措地下令大家上马迎敌。可是城中的守军并不多，将士还没有聚齐，一员大将就已经迎面杀到了，只听他口中大叫：“秦国大将章邯在此！”武信君吃了一惊，急令左右应战。此时将士们急忙拦住章邯厮杀。武信君就被众人保护着往西城门急奔而走。董翳和章平又从正面杀到了。武信君挥剑相迎，可是因为酒醉，无法全力指挥战斗，只得掉转马头往东门突围。大家刚走不远，侯健、周书平、张卿臣等率兵又在前方拦截。武信君又往南门突围，谁知章邯率领三路大军一齐杀到。就在此危急时刻，西北角上有两位将领呐喊着冲杀而来，二人所到之处，秦军纷纷倒地，正是楚国的步卒大将桓楚和于英。
原来二人前去追击秦军，秦军不战自退。二人忽然醒悟，担心敌人是引诱他们，就立即回城。当他们来到城下时，就已经看见秦军攻破了楚军的大营，整个定陶都仿佛是沸腾了一般，又看见西城门前到处都是秦军。原来是武信君突围到此，却被秦军挡了进去，所以这里聚集的人马非常多。桓楚和于英立即冲进了地阵，参加了战斗。他们奋力杀进城来，打听到武信君已经去了南门，就立即向前接应。二人奋力杀到南城门时，正遇见武信君被困在门洞下，二人就奋不顾身地冲上前来保护武信君出城。章邯率领秦国将领一齐上前围住了桓楚和于英。桓楚在前，于英在后。二人用尽全力杀开一条血路，保护武信君出城。这时所有的秦军又一起上前来夹攻武信君。武信君正准备跃过护城河上的吊桥。章邯怕武信君走脱，急忙用箭射击。可怜武信君身上只穿着睡衣，没有甲胄护身，连中数箭，差点儿掉下马来。桓楚和于英用身体挡在前方，用兵器打落箭镞，奋力保护项梁过了护城河，向前飞奔而去。
章邯见武信君走脱，就下了死命令，要将士们必须活捉。忽然有军士前来报告，说是季布和钟离昧从东郡杀了回来，人马正在过河。章邯大惊道：“二人被我骗了，心中一定愤怒，必定前来拼命。项梁是叛军的头子，虽然中箭，但未必会死，如果抓住项梁，楚寇将会惨败！”于是只顾追赶武信君。就在此时，又有一支兵马从正西面杀来，为首一将铜面长髯，黑袍金甲，右手高举开天刀，左手紧执马缰绳，口中大叫：“章邯何在？不要伤害了武信君！”原来正是曹参奉范增之命前来增援定陶。曹参赶到城下时，听见南城门喊杀声不绝，就径直向南门杀来。一会儿就追上了章邯的人马，曹参奋力冲进了秦军的阵地，把章邯的军队冲得七零八落。章邯一心要杀死项梁，专心致志地指挥将领追杀武信君，听到后面有人杀来，气得把牙齿咬得嘎嘣响，只得回头来战曹参。三路秦军将领围住曹参大战，武信君因此才得以脱身而去。
季布和钟离昧率领楚军过了济水河，径直杀进城中。二人不见武信君，又从城中杀到城南，来到楚军的大营，看见到处都是火，战场上混乱不堪，就是不见武信君的踪影。二人心中又急又气，忽听南门郊外杀声动地，就率领军士向这边杀来。远远地看见秦军围着一人厮杀，就杀进重围来救楚将，一看才知道秦军围困的正是沛公的大将曹参。钟离昧来到曹参跟前，问他为什么来到这里。曹参道：“范老军师知道章邯要来偷袭，怕武信君不测，特命我前来接应。”季布二人听说武信君还活着，心里就放心了，大声道：“先杀退敌人，再去寻找武信君！”大家就齐心协力和秦军混战起来。
大战持续到天亮，章邯见整个战场上堆尸如山，血流成河，就下令将士先夺取城池。曹参和钟离昧等将领也不恋战，将人马聚集起来，向南追赶武信君。忽然项伯率领一支军队赶到。项伯问季布：“你们不是接连来向武信君报告，章邯要投降吗？”这时所有的人才知道被章邯骗了。钟离昧非常愧疚地说：“大水围城，我们没有想到秦军会偷偷地出城。就在前一天晚上，军探报告说秦军在城阳出没，我二人怕章邯有阴谋，就连夜赶来，不想他们……”大家只好合兵一处，前来追武信君。
大家走了不多路程，就追上了武信君和桓楚等人，这时他们正在路边察看武信君的伤势。钟离昧连忙下马问候武信君，只见武信君伤势严重，全身都流着血。一会儿，丁公、郑布、丁疾、董绁等将领也都赶到了，将士们一齐呼救。过了老半天，武信君才苏醒过来。他强忍疼痛，抓住项伯和钟离昧的手说：“后悔没有听从范老军师的劝告，才有今天的惨败！我，我死难瞑目啊？”说罢就昏了过去。项伯呼叫了老半天。大家见武信君伤势沉重，又怕颠簸使病情加剧，因此下令安营，又派人把住前方路口。项伯见事情不妙，赶紧派人寻找失散的军医。
过了半个时辰，军医找到了，就赶紧来救治武信君。到了中午，武信君又醒过来。他含恨对将领们道：“我后悔没有听从范老军师的劝告，才有今日之败！范军师有安定天下的大才，请转告项羽，让他拜范军师为‘亚父’。军师在如同我在，你们都要好好辅佐他，齐心协力，一定要打败章邯，推翻暴秦啊！我，我死就瞑目了！”说罢又昏了过去。这天晚上深夜，武信君终因伤势过重，不治而亡，享年五十七岁。全体将士悲痛不已。
