刘邦采纳张良的建议，乘夜从另一条路线返回，拂晓前率大军直逼宛城城下，围困宛城三个月。郡守眼见弹尽粮绝，想自刎，其门人陈恢劝其出城投降。郡守接受劝告，向刘邦提出 “约降封守 ”，刘邦应允，当即将南阳郡守封为殷侯，奖励陈恢千户。南阳郡既降，关中各郡多不战而降。

刘邦奉楚怀王之命，率军西征，从公元前 208年 9月开始，前后只用了一年多的时间，就接连攻克了泗水、砀、东郡、三川、颍川、南阳等郡，并突破武关，直逼咸阳。

刘邦之所以能在如此短的时间内就取得如此辉煌的战绩，从客观条件来看，主要是由于当时秦军主力部队均已结集于河北，并先后被项羽所消灭。刘邦在进军关中的途中，除了受到小股秦军的微弱抵抗外，几乎没有遇到大的阻力。这是历史的机遇，但能捕捉到这种难得的机遇成就大业，则离不开刘邦及其谋士的作为。刘邦知人善任，从善纳谏，西征路上不断扩充军队，积聚力量，所率军队纪律严明，与民秋毫无犯。作战时，刘邦还能避实就虚，一步步分化瓦解秦军，善于迂回突袭，各个击破。这些都是他克敌制胜的重要因素。

刘邦西征在一年内取得了决定性的胜利。项羽消灭王离、章邯的军队之后，也加紧向西进军。正当秦军在关中处于南北两面夹击之时，秦统治集团内部的矛盾也发展到互相残杀、不可收拾的地步，这就更加速了它的灭亡。

刘邦大军进军关中期间，严令禁止烧杀掳掠，军队纪律严明，深受关中人民的欢迎。此时，章邯下辖的秦军主力已向项羽投降。 8月，刘邦攻克武关，直逼咸阳。秦朝廷内发生政变，宦官赵高杀死了秦二世胡亥，立扶苏之子子婴为秦王，由于四下战乱，地盘缩小就取消了秦皇帝的称号。赵高派人前往与刘邦议和，子婴不愿受赵高控制，更痛恨其狡诈，与其两子密议后设计诛杀了赵高，并灭了赵高的三族，然后立即调兵遣将，加强秦军在峣关的守备，以阻止刘邦大军进峣关。

刘邦率军进至峣关下，想立即攻关，但张良建议要智取，不要强攻。张良对刘邦说： “秦军尚且很强，不能轻视。沛公可以命陆贾等人拿大批金银珠宝诱降秦军守将。 ”

刘邦采纳了张良的建议，秦将果然抵不住金钱的诱惑，投降了刘邦，并愿意与刘邦合兵共袭秦都咸阳。这时，张良又建议说： “秦守将虽然同意投奔我们，恐怕士兵们并不一定愿意。如果士兵们不愿意，那我们也很危险，不如乘其不加戒备的时机歼灭他们。刘邦认为张良的看法很有道理，于是率大军绕过峣关，翻越群山，下令所过之处不得掠夺百姓，关中百姓无不欢喜。秦军没想到刘邦有此一招，正值懈怠之时，刘邦得以大败秦军于蓝田，又与秦军在蓝田以北发生激战，再次将秦军咸阳主力击败。