前文已叙，沛公在鸿门宴上，险象环生，终于找到一个借口来到军帐之外，留下白玉璧和玉斗各一双给张良，让张良在项羽面前谢罪，自己则带着樊哙几个亲随从小道逃回军中。张良向项羽道歉说，沛公不胜酒力，不能亲自告辞，并奉上玉璧和玉斗。项羽接受了那一双玉璧，并放在座位上把玩不已；范增接受了那一双玉斗，随之又摔着地上，并拔出佩剑砍碎了它们，愤愤地骂道，这小子不值得给他出谋划策，并预言，项羽的天下必为沛公所夺。
鸿门宴后，项羽仍然没有发兵攻打沛公，再次证明这时的项羽仍然没有把刘邦当作潜在的最大敌人。过了几天，项羽带兵西进屠灭了秦都咸阳，杀死了已投降楚军的秦王子婴，放火烧了秦朝宫室，烧了三个月都没有熄灭；他还抢夺了秦宫的财宝和宫女，全都准备向东运到彭城。有人劝项羽，关中地势险要，土地肥沃，可以作为根据地来建都称霸。项羽认为富贵不还家，就好比穿锦绣之衣夜行一样，无人知晓。他是个爱面子的人，烧掉秦宫，说明他就没有在关中久居发展的打算。这个劝他的人就笑他是“沐猴而冠”（装腔作势，徒有其表），结果项羽竟然把这个人活活煮了。项羽的这些行为让关中百姓大失所望，关中百姓只是迫于淫威，不得不服。
项羽在做完了这一切后，也派人向楚怀王汇报了一下，楚怀王的回复是“一切按照约定来”，这个回复让项羽再次耿耿于怀：前者让我带兵去救赵国，让刘邦占了个入关的先机，本身就让我十分不爽，你楚怀王算啥，不过是我项家设置的一枚棋子而已，你有何功劳来主持大局。于是表面上尊楚怀王为义帝，实际根本就不用其命。后来项羽在回彭城之前，找了一个借口让怀王迁都于长沙郴县（今郴州）。半路上，又派衡山王吴芮和临江王共敖杀死了他。
公元前205年，项羽自立为西楚霸王，领有韩地和楚地九郡，建都彭城。诸侯各有分封：如原魏王魏豹封为西魏王，领有河东，建都平阳（今山西临汾）；封张耳手下申阳为河南王，都城在雒阳；韩王韩成仍居旧都，建都阳翟（河南禹州）；封原赵将司马卬为殷王，领有河内，都城在朝歌（今河南鹤壁）；改封原赵王赵歇为代王，而封赵国相国张耳为常山王，统治赵地，都城在襄国（今河北邢台）。封当阳君英布为九江王，建都六县（今安徽六安）；封鄱君吴芮为衡山王，建都于邾县（今山东邹县）；鄱君部下梅鋗，因为战功赫赫，所以封为十万户侯；封怀王手下共敖为临江王，建都江陵（今湖北荆州）；改封燕王韩广为辽东王，而立燕国大将臧荼为燕王，建都在蓟县（今天津市）。
那个曾逃到楚国的齐王田建的孙子田安，在巨鹿之战时因为带兵攻下了几座城池，并投降了项羽，所以项羽封他为济北王，建都在博阳（今山东泰安）。那个齐国相国田荣，因为不肯发兵，导致了项梁的死，项羽一直怀恨在心，所以没有封王。
再说沛公这边，项羽与范增怕沛公这支军队未来会对自己构成威胁，于是没有履行原来怀王订立的“先入关者做关中之王”条约，而是封沛公为汉王，一开始让他统治比较贫瘠的巴蜀之地。后来沛公通过张良给项羽叔父项伯送厚礼，让他在项羽面前请求汉中之地，项羽答应了，这样沛公的封地除了巴蜀之外才有比较肥沃的汉中，于是他们决定在南郑（陕西汉中）建都。
项羽又把关中之地一分为三：立秦朝降将章邯为雍王，统治咸阳以西地区，建都于废丘（陕西扶风）；立项梁故人司马欣（曾救过项梁）为塞王，统治咸阳以东到黄河一带，建都于栎阳（今陕西西安）；立秦降将都尉董翳为翟王，统治上郡（咸阳以北地区），建都高奴（今陕西延长县）。这三个人的势力范围以咸阳为中心，实际上是起到监视和遏制沛公刘邦的目的。
各路诸侯分封已毕，这年四月，各诸侯在项羽的指挥下撤军各回封地，项羽也准备回到彭城。沛公带领军队向南郑进发，项羽派了三万士兵跟从（可能带有监视的功能），楚国和其他诸侯中仰慕而自愿跟随的也有几万人，他们从杜县（今西安）进入蚀中（今陕西长安县子午谷中），再到汉中，沿途路途狭窄，多为栈道。张良跟从沛公到襃中（今陕西汉中），与沛公告辞回韩国，他建议沛公烧掉所过栈道，一方面向天下人表示没有回到关东去与诸侯争天下的打算，也以此来稳固项羽对他们的担心。沛公接受了张良的建议，并与他告辞，派人烧掉了所经之处的栈道。
