這年秋天，漢王追擊楚軍到陽夏南麵，戰事失利而堅守固陵營壘，諸侯原已約好前來，但沒有到。張良向漢王進計，漢王采用了他的計策，諸侯才都來到。

  漢王準備西歸，張良、陳平勸漢王說：“漢占領了大半個天下，而諸侯都歸服了我們。楚軍兵疲糧盡，這是上天讓楚滅亡的時候，不如乘這個機會消滅它。現在放走項王不去攻打他，這就是所謂‘養虎自遺患’。”漢王同意了他們的建議。

  漢五年，漢王追擊項王到了陽夏南麵，軍隊駐紮下來，與淮陰侯韓信、建成侯彭越約期會合進攻楚軍。到達固陵，而韓信、彭越的軍隊不來會合。楚軍攻擊漢軍，把漢軍打得大敗。漢王又進入營壘，挖深溝塹，自為固守。漢王對張子房說：“諸侯不遵守約定，怎麽辦呢？”張子房回答說：“楚軍即將崩潰，韓信、彭越沒有分到一塊封地，他們不來會合是很自然的。君王能和他們共分天下，眼下可以使他們立刻前來。如果不能這樣，局勢的發展很難預料。君王能從陳縣以東到海邊的地區，全部劃給韓信，睢陽以北到穀城，分給彭越，使他們各自為戰，那麽楚軍是容易打敗的。”漢王說：“好。”於是就派遣使者告訴韓信、彭越說：“合力攻打楚軍。楚軍崩潰後，從陳縣以東到海邊給予齊王，睢陽以北到穀城給予彭相國。”使者一到，韓信、彭越都回話說：“請讓我們立刻進兵。”韓信就從齊地出發，劉賈的軍隊從壽春出發並行，屠毀了城父，到達垓下。大司馬周殷背叛了楚國，利用舒地的兵力屠毀了六縣，調動全部九江士卒，隨同劉賈、彭越都會集在垓下，來到項王陣前。

  項羽解兵東歸。漢王想要領兵西還，後來采用留侯、陳平的計策，進兵追擊項羽，到達陽夏南麵收兵駐紮，與齊王韓信、建成侯彭越約定時間會合攻打楚軍。到了固陵，韓信、彭越不來會合。楚軍出擊漢軍，大敗漢軍。漢王又進入營壘，挖深了壕溝進行防守。使用了張良的計策，於是韓信、彭越都前來會合。又有劉賈進入楚地，圍攻壽春。漢王在固陵戰敗，就派使者去召大司馬周殷，用全部的九江士卒迎接武王黥布，黥布、周殷在進軍中攻下城父，大肆屠殺。他們隨從劉賈和齊、梁的諸侯大會垓下。漢王封武王黥布為淮南王。

  五年，高祖和諸侯軍一起攻打楚軍，與項羽在垓下決一勝負。淮陰侯率兵三十萬獨當正麵，孔將軍布兵在左麵，費將軍布兵在右麵，皇帝居後，絳侯、柴將軍跟隨在皇帝後麵。項羽的士卒大約十萬。淮陰侯首先會戰，沒有取勝，向後退卻。孔將軍、費將軍縱兵出擊，楚軍不利，淮陰侯又乘勢反攻，大敗項羽於垓下。項羽的士兵聽到漢軍中的楚國歌聲，以為漢軍全部占領了楚地，項羽就敗退逃跑，因此楚兵全軍潰敗。漢王派騎兵將領灌嬰追擊項羽，在東城殺了他，斬首八萬，於是平定了楚地。魯縣為楚國堅守城池，漢軍沒有攻下，漢王帶領諸侯軍北上，把項羽的頭給魯縣父老們看，魯縣才投降了。於是就用魯公的封號在穀城埋葬了項羽。漢王回到定陶，馳入齊王營壘，奪了他的軍隊。

  正月，諸侯和將相互相一起請求尊崇漢王為皇帝。漢王說：“我聽說皇帝這一尊號，屬於有賢德的人，虛言浮語，空有其名，不是這種人所能占有的，我不敢承受皇帝之位。”群臣都說：“大王起於貧寒，誅暴討逆，平定四海，有功的就割地封為王侯。大王不尊崇名號，大家對自己的封號都要疑慮，不敢信以為真。臣等誓死堅持大王尊稱皇帝。”漢王再三謙讓，迫不得已地說：“大家一定以為這樣有利於國家。為了對國家有利，（我隻好做皇帝了。）”甲午，在汜水北麵即皇帝位。

  皇帝說義帝沒有後代。齊王韓信熟悉楚地風俗，遷徙為楚王，建都下邳。封建成侯彭越為梁王，建都定陶。原來的韓**仍為韓王，建都陽翟。遷徙衡山王吳芮為長沙王，建都臨湘。番君的將領梅鋗立有戰功，跟隨進入武關，皇帝感謝番君的恩德。淮南王黥布、燕王臧荼、趙王張敖都保持過去的封號。

  漢六年（前201）正月，封賞功臣。張良不曾有戰功，高帝說：“出謀劃策於營帳之中，決定勝負在千裏之外，這就是子房的功勞。讓張良自己從齊國選擇三萬戶作為封邑。”張良說：“當初我在下邳起事，與主上會合在留縣，這是上天把我交給陛下。陛下采用我的計謀，幸而經常生效，我隻願受封留縣就足夠了，不敢承受三萬戶。”於是封張良為留侯，同蕭何等人一起受封。

  皇上已經封賞大功臣二十多人，其餘的人日夜爭功，不能決定高下，未能進行封賞。皇上在洛陽南宮，從橋上望見一些將領常常坐在沙地上彼此議論。皇上說：“這些人在說什麽？”留侯說：“陛下不知道嗎？這是在商議反叛呀。”皇上說：“天下已接近安定，為什麽還要謀反呢？”留侯說：“陛下以平民身分起事，靠著這些人取得了天下，現在陛下做了天子，而所封賞的都是蕭何、曹參這些陛下所親近寵幸的老友，所誅殺的都是一生中仇恨的人。如今軍官們計算功勞，認為天下的土地不夠一一封賞的，這些人怕陛下不能全部封到，恐怕又被懷疑到平生的過失而至於遭受誅殺，所以就聚在一起圖謀造反了。”皇上於是憂心忡忡地說：“這件事該怎麽辦呢？”留侯說：“皇上平生憎恨，又是群臣都知道的，誰最突出？”皇上說：“雍齒與我有宿怨，曾多次使我受窘受辱。我原想殺掉他，因為他的功勞多，所以不忍心。”留侯說：“現在趕緊先封賞雍齒來給群臣看，群臣見雍齒都被封賞，那麽每人對自己能受封就堅信不疑了。”於是皇上便擺設酒宴，封雍齒為什方侯，並緊迫地催促丞相、禦史評定功勞，施行封賞。群臣吃過酒後，都高興地說：“雍齒尚且被封為侯，我們這些人就不擔憂了。”

  劉敬勸告高帝說：“要以關中為都城。”皇上對此心有疑慮。左右的大臣都是關東地區的人，多數勸皇上定都洛陽，他們說：“洛陽東麵有成皋，西麵有崤山、澠池，背靠黃河，麵向伊水、洛水，它地形的險要和城郭的堅固也足可以依靠。”留侯說：“洛陽雖然有這樣險固，但它中間的境域狹小，不過幾百裏方圓，土地貧瘠，四麵受敵，這裏不是用武之地。關中東麵有崤山、函穀關，西麵有隴山、岷山，肥沃的土地方圓千裏，南麵有富饒的巴、 蜀兩郡，北麵有利於放牧的胡苑，依靠三麵的險阻來固守，隻用東方一麵控製諸侯。如果諸侯安定，可由黃河、渭河運輸天下糧食，往西供給京都；如果諸侯發生變故，可順流而下，足以運送物資。這正是所謂‘金城千裏，天府之國’，劉敬的建議是對的。”於是高帝當即決定起駕，往西關定都關中。

  留侯跟隨高帝入關。他體弱多病，便施行道引之術，不食五穀，閉門不出有一年多。