高祖五年（前202）冬十月，汉王追赶项羽到阳夏南部，让部队驻扎下来，和齐王韩信、魏相国彭越约好日期会师攻打楚军，汉王到达固陵，韩信、彭越没有来会合。楚军攻打汉军，大败汉军。汉王又逃回营垒垒，挖深沟固守。（汉王）对张良说：“各位侯王不跟从（我们），怎么办？”张良答道：“楚军即将被打败，（韩信和彭越）还没有分到土地，他们不来会师是情理中的事。（如果）大王能和他们共同分享天下，（他们）就会马上前来。韩信立为齐王，并非出自大王本意，韩信也不自信（能做齐王）。彭越本来平定了梁地，当初大王因为魏王豹的原因，才封彭越为魏相国。现在魏王豹已死，彭越也希望自己称王，而大王不早就给以确定。现在如能划出睢阳以北到谷城的地区都给彭越并封他为王，划陈县以东到渤海的地区给齐王韩信，韩信故乡在楚地，他本意就想得到故乡的土地。大王舍弃这两块土地来许诺给（韩信、彭越）二人，让他们各自为战，那楚军就容易打败了。”于是汉王派使者出使韩信、彭越。使者一到，（韩信、彭越）都率兵前来了。
十一月，刘贾攻入楚地，包围寿春。汉王又派人诱降楚军大司马周殷。周殷反叛楚国，率领舒县的军队屠戮六县，率领九江的军队迎接英布，一起行军并屠戮城父县，然后随刘贾都去（和汉王）会师。
十二月，（汉军）在垓下合围项羽。项羽夜间听到汉军在四面都唱起楚地的歌，知道汉军已经完全占领了楚地，项羽和几百骑兵逃走，因此楚军大败。灌婴在东城追上并杀死了项羽。
楚地都已被平定，惟独鲁县没攻下。汉王率领全天下的军队想屠城，（但）认为这是坚守节操道义的地方，就停止进攻，于是把项羽的头给鲁县的父老们看，鲁县这才投降。当初，怀王封项羽为鲁公，项羽死后，鲁县又为他坚守城池，因此就以鲁公的仪式葬项羽在谷城。汉王为项羽发丧，并到灵前哭悼后离开。（汉王）封项伯等四人为列侯，赐姓为刘。（外地）百姓被胁迫到楚地的都返回原籍。
汉王回到定陶，快马冲入韩信军营，夺了他的兵权。
原先项羽所立的临江王共敖已死，他的儿子尉继位为王，不肯投降。汉王派卢绾、刘贾攻打并俘虏了尉。
汉高祖六年春正月，汉王追封他的哥哥刘伯为武哀侯。（汉王）下令说：“楚地已经平定，义帝没有后代，想抚恤楚地百姓，就另定下楚地的君主。齐王韩信了解楚地风土人情，改立为楚王。统治淮北地区，建都下邳。魏相国建城侯彭越对魏地百姓劳心尽力，对士兵谦恭，经常以少打多，多次打败楚军，就将魏国原来的土地赐给他称王，号为梁王，建都定陶。”又说：“战争已经八年不停，百姓受的苦太多了，现在天下战事已经结束。除了判斩首以外的（囚犯）都一律赦免。”
于是各位侯王上奏说：“楚王韩信、韩王信、淮南王英布、梁王彭越、原衡山王吴芮、赵王张敖、燕王臧荼冒死郑重上书陛下：以前秦朝无道，天下人一起讨伐他。大王首先俘虏秦王（子婴），平定关中，在全天下功劳最大。保存要灭亡的，安定危险的，救助将败亡的，承继要断绝的，让百姓安定，功高德厚。又施加恩惠给各个有功的侯王，让他们裂土封王。（现在各诸侯王）封地和名分已定，而和大王都称王号，没有（尊卑）上下之分，（如此则）大王卓著的高功厚德，在后世得不到宣扬。（因此臣等）冒死郑重请求上皇帝尊号。”汉王说：“我听说帝号是贤能的人才能拥有的，名不副实的名号，是不应取得的。现在各位侯王都推举我称帝，我将怎么办呢？”各位侯王都说：“大王从平民起事，消灭混乱的秦朝，威震海内。后来又以（巴蜀）偏僻地区（为基地），从汉中出兵实行赏罚，讨伐不义的人， 封立有功的人，平定天下，功臣都得到封地和食邑，没有把土地占为私有。大王的恩德遍布四海，其他侯王都不值得说，尊为皇帝是名副其实，希望大王能满足天下百姓的愿望。”汉王说：“各位侯王如果说我称帝有利天下百姓的话， 那可以。”于是各位侯王及太尉长安侯卢绾等三百人，与博士稷嗣君叔孙通郑重选择吉日二月初三日，上皇帝尊号，汉王在汜水以北的（济阴）即皇帝位。尊王后为皇后，太子为皇太子，追尊已去世的母亲为昭灵夫人。
（汉高祖）下诏说：“原衡山王吴芮和两个儿子，一个侄子，跟随百粤的军队，来帮助诸侯，诛灭暴秦，立有大功。诸侯立他为王。后被项羽侵占他的土地，降为番君。现在把长沙、豫章、象林、桂郡、南海做为他的封地， 立番君吴芮为长沙王。”又说：“前粤王亡诸一直继承粤祀，秦朝夺去了他的土地，使粤的祖先无人祭祀。诸侯讨伐秦朝，亡诸亲自率领闽中士兵来帮助消灭秦朝，项羽废黜而不立（他为王）。现在以亡诸为闽粤王，统治闽中土地，不要让他不尽职责。”
汉高祖于是在西面建都洛阳。夏五月，士兵都遣返回家。（皇帝）下诏说：“各位侯王的后代在关中的，免除十二年税赋徭役，已归还原籍的，免除六年。以前有的百姓聚众依靠山湖固守（的），未列入户籍，现在天下已经平定，让各自回到故里，恢复原有的爵级与土地房屋，官吏要按照颁布的法令条文来教导训诫，不得拷打侮辱。百姓中因饥饿把自己卖为他人做奴隶婢女的，都免其奴婢身份而为平民。军官和士兵遇到大赦，没有什么罪行且没有爵级或原爵级不满大夫的，都赐爵为大夫。原有大夫以上的，赐爵各加一级。其中七大夫以上的，都赐给（收取赋税的）食邑。爵级在七大夫以下的，都免除本人及家庭的赋税，不服徭役。”又说：“七大夫、公乘以上，都是高的爵级。各位侯王的后代及从军归乡的，有很多人有高的爵级，我多次指示（主管）官吏先分给他们的田宅，以及他们对（主管）官吏所提出的正当要求，要迅速解决。爵级高的称人君，（都是）皇帝所尊重礼遇的，有些长时间摆在面前面前的事，不为他解决（问题），真是不知所谓。往日秦朝的平民爵级在公大夫以上的，与县丞平起平坐。现在我对于爵级也不轻视，唯独（有些）官吏怎么敢对爵级如此（不尊重）！何况法律规定有功劳的给田地房屋，现在（有些）小官吏不曾从军却先满足自己，而有功的反而得不到，违背公法而谋取私利，这是郡守、郡尉、县令教育的管理很不好。要命令各位官吏善待有高爵级的人，符合我的意愿。还应察访查问，有不按照我的旨意办事的人定要给以重罚。”
皇帝在洛阳南宫摆设酒宴。皇上说：“各位诸侯、将领，不必对我有所隐晦，都要说真心话。我之所以能取得天下是因为什么？项羽之所以失掉天下是因为什么？”高起、王陵答道：“陛下傲慢而且好侮辱他人，项羽仁厚而且尊敬他人。但是陛下派人攻打城池夺取土地，所降服和攻下的都分给大家，跟天下人共享利益。而项羽妒嫉贤能，对有功的人就妒忌他，对有才能的人就怀疑他，打了胜仗不给人记功，夺得了土地不给人好处，这就是他失去天下的原因。” 皇上说：“你们只知其一，不知其二。如果运筹于帷幄之中，决胜于千里之外，我不比不上张子房；镇守国家，安抚百姓，供应粮饷，保证粮道不被阻断，我不比不上萧何；指挥百万大军，战无不胜，攻无不克，我不比不上韩信。这三位都是人中的俊杰，我能任用他们，这就是我能取得天下的原因。项羽有一个范增，而不任用，这就是他之所以被我擒杀的原因。 ”群臣都心悦诚服。
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