项梁在整顿了军队以后，接连打了几个胜仗，打败了秦朝大将章邯。项羽、刘邦带领另一支队伍，杀了秦将李由。项梁骄傲起来，认为秦军没有什么了不起，放松了警惕。章邯重新补充了兵力，趁项梁不防备，发动了猛烈的反扑。项梁在战斗中被杀了。项羽、刘邦也只好退守彭城。
章邯打败项梁，认为楚军大伤元气，就暂时撇开黄河以南这一头，带领秦军北上进攻赵国（这个赵国不是战国时代的赵国，而是新建立起来的一个政权），很快就攻下了赵国都城邯郸，赵王歇逃到巨鹿（今河北平乡西南）。
章邯派秦将王离把巨鹿包围起来，自己带领大军驻扎在巨鹿南面的棘原。他还在棘原和巨鹿之间修筑了一条粮道，给王离军运送粮草。
赵王歇几次三番派人向楚怀王求救。当时，楚怀王正想派人往西进攻咸阳。项羽急于想为叔父报仇，要求带兵进关。
怀王身边有几个老臣暗地对怀王说：“项羽性子太暴躁，杀人太多；刘邦倒是个忠厚人，不如派他去。”正好赵国来讨救兵。楚怀王就派刘邦打咸阳，另派宋义为上将军，项羽为副将，带领二十万大军到巨鹿去救赵国。
宋义带领的大军到了安阳（今河南安阳东南），听说秦军声势浩大，就命令楚军停了下来，想等秦军和赵军打上一阵，让秦军消耗掉一部分兵力，再进攻过去。
宋义按兵不动，在安阳一停就是四十六天。项羽耐不住性子，去跟宋义说：“秦军包围了巨鹿，形势这样紧急，咱们赶快渡河过去，跟赵军里外夹击，一定能够打败秦军。”
宋义说：“我们还是等秦军和赵军决战以后再说。”他又对项羽说：“上阵跟敌人交锋，我比不上你；要说坐在帐篷里出个计策，你就比不上我了。”
他还下了一道命令：“将士中如有不服从指挥的，就得按军法砍头！”
这道命令明明是针对项羽的，项羽气得要命。这时候已经是十一月的天气，北方天冷，又碰着大雨。楚营里军粮接济不上，兵士们受冻挨饿，都抱怨起来。
项羽说：“现在军营里没有粮食，但是上将军却按兵不动，自己喝酒作乐，这样不顾国家，不体谅兵士，哪里像个大将的样子。”
第二天，项羽趁朝会的时候，拔出剑来把宋义杀了。他提了宋义的头，对将士说：“宋义背叛大王（指楚怀王），我奉大王的命令，已经把他处死了。”
将士们大多是项梁的老部下，宋义在将士中本来没有什么威望。大伙见项羽把他杀了，都表示愿意听项羽指挥。
项羽把宋义被处死的事，派人报告了楚怀王。楚怀王虽然很不满，也只好封项羽为上将军。
项羽杀了宋义以后，先派部将英布、蒲将军率领两万人做先锋，渡过漳水，切断秦军运粮的道，把章邯和王离的军队分割开来。然后，项羽率领主力渡河。
渡过了河，项羽命令将士，每人带三天的干粮，把军队里做饭的锅子全砸了，把渡河的船只全凿沉了（文言叫做“破釜沉舟”，釜就是锅子），对将士说：“咱们这次打仗，有进无退，三天之内，一定要把秦兵打退。”
项羽的决心和勇气，对将士起了很大的鼓舞作用。楚军把王离的军队包围起来，个个士气振奋，越打越勇。一个人抵得上十个秦兵，十个就可以抵上一百。经过九次激烈战斗，活捉了王离，其他的秦军将士有被杀的，也有逃走的，围巨鹿的秦军就这样瓦解了。
当时，各路将领来救赵国的有十几路人马。可是他们害怕秦军强大，都扎下营寨，不敢跟秦军交锋。这回儿，听到楚军震天动地的喊杀声，挤在壁垒上看。他们瞧见楚军横冲直撞杀进秦营的情景，吓得伸着舌头，屏住了气。赶到项羽打垮了秦军，请他们到军营来相见的时候，他们都跪在地下爬着进去，连头也不敢抬起来。
大家颂扬项羽说：“上将军的神威真了不起，自古到今没有第二个。我们情愿听从您的指挥。”
打那时候起，项羽实际上成了各路反秦军的首领。