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四月，諸侯不滿項羽殺楚義帝，加上分封無法服眾，在戲下罷兵，各自回到自己封國。

齊國貴族後裔田榮不滿分封，趕走齊王田都，殺膠東王田巿，自立為齊王。

八月，劉邦逼降司馬欣、董翳，用計欺騙項羽，令他相信自己取得關中後已心滿意足，不會東進。
項羽放心攻打田榮，對西邊沒有加強防範，最終陷入齊地泥潭無法抽身。

漢二年（前205年），劉邦基本平定三秦後，準備東出與項羽爭天下。

公孫信攻取韓地十餘城，劉邦來到河南後，公孫信猛攻項羽所立的韓王鄭昌，逼使鄭昌投降。
十一月，劉邦立公孫信為韓王，是為韓王信。

五月，劉邦乘項羽深陷於齊國，無力抽身，拜韓信為大將，率領諸侯聯軍五十六萬，暗渡陳倉，出兵關中，平定三秦，一度攻佔項羽根據地彭城。

項羽急率輕騎兵三萬回襲彭城，聯軍被殺十萬，溺水淹死十萬，劉邦僅率數十騎逃脫，以漢為首的反楚聯盟瓦解。

劉太公與呂雉等親人被楚軍所擒，項羽原要誅殺，經范增勸阻，被當做人質。

《史記》記載，楚軍取劉邦家鄉沛，亡漢王家，太公奔漢王，途中被楚軍所俘，常置軍中。

《項羽本紀》、《樊酈滕灌列傳》記載：劉邦回沛縣找不到家人，在路上遇到劉盈和魯元公主，用車載他們逃走，途中被楚軍追殺。
劉邦多次踢劉盈和魯元公主下車，以減輕馬車重量，劉盈和魯元公主被夏侯嬰抱上來，劉邦之後又踢兩人下車，幾次之後，最終逃脫到達豐邑。

項羽擊退侵犯東河的漢軍彭越部隊，回駐東廣武城，隔廣武澗與漢西廣武城對峙，兩軍相守數月。
彭越幾次返回梁地，斷絕楚軍糧食供應。

漢三年（前204年）七月，項羽以淩厲攻勢拔滎陽，再奪成臯。

《史記》記載，楚漢滎陽之戰中，漢將紀信假扮成漢王劉邦，解救劉邦出圍，紀信不願歸降項羽被燒死。

十一月，劉邦用計收復成臯，逼使項羽大司馬曹咎自殺。

韓信在濰水之戰中殲滅齊楚聯軍，項羽腹背受敵，兵疲糧盡。

漢四年（前203年），項羽安置一個很高的砧板，把劉邦父親放在上面，對劉邦說：現在你不趕快投降，我就烹了你的父親。

劉邦說：我和你一起接受楚後懷王（熊心）命令，結拜為兄弟，我父親就是你父親，你一定要煮你父親來吃，也請分我一杯羹！
（成語「分一杯羹」由此而來）

項羽大怒，準備殺劉太公。
項羽族叔項伯說：爭奪天下的人不顧家庭，殺了人質無益，只有禍害。
項羽聽從項伯的話，沒有殺烹劉太公。

六月，劉邦率部退到滎陽，一路收集敗兵，派韓信、灌嬰等在京索之戰中擊敗楚追兵，依托關中基地和有利地勢與項羽長期抗爭。

關中發生大饑荒，米價一石五千錢，人相食，死的人過半數。
劉邦採取「移民就粟」應急舉措，允許百姓賣掉孩子，到糧食較充足的蜀郡、漢中郡謀生存。

七月，章邯兵敗自殺，劉邦完全解除後顧之憂。

十月，形勢對楚軍不利，項羽把劉太公與呂雉等人送還劉邦，換取停戰。
項羽與漢訂盟，以鴻溝為界，中分天下，東歸楚，西歸漢，史稱鴻溝之約。

漢五年（前202年）正月，劉邦、韓信統領三十萬漢軍與十萬楚軍於垓下決戰，用四面楚歌瓦解楚軍軍心。
項羽帶二十八騎大戰漢軍，全軍覆沒後，自覺無顏見江東父老，於烏江邊自刎。

歷時近五年的楚漢戰爭，項羽徹底敗亡自殺，劉邦統一天下。

劉邦追尊長兄劉伯為武哀侯，楚義帝無後，徙齊王韓信為楚王，魏相國彭越拜為梁王。

韓信等諸侯及群臣，在定陶共同尊請劉邦為「皇帝」，劉邦辭讓再三後答應。

漢五年二月甲午（前202年2月28日），劉邦於定陶泛水之陽即皇帝位，是為漢高祖（下稱劉邦），定都長安，定國號為漢，開啟史稱西漢時期。
劉邦立呂雉為皇后，太子劉盈為皇太子，尊父親劉太公為太上皇，追尊母親劉媼為昭靈夫人。

劉邦打算定都雒陽，根據戍卒婁敬建議，定都咸陽以東的長安，取長治久安意思。
六月，劉邦宣布大赦天下。

劉邦開始興建都城長安，以秦朝興樂宮為基礎，修建長樂宮，作為皇宮。

漢六年（前201年）秋天，匈奴冒頓單于，重重包圍韓王信，韓王信多次派使者向匈奴求和，把國都馬邑獻予匈奴，率軍攻打太原。

漢高帝七年（前200年），長樂宮建成，各諸侯王及朝廷群臣，都來朝拜皇帝，參加歲首大典。

劉邦親自帶兵在銅鞮擊敗韓王信軍隊，劉伯兒子劉信在此戰有功，擔任郎中將，封為羹頡侯。
（劉信母親用飯勺刮鍋邊，令劉邦記恨，以羹頡嘲諷。）

韓王信逃跑投奔匈奴，與匈奴冒頓單于商議一齊攻打漢朝。

劉邦打退冒頓單于，接受婁敬建議，以宗室女假稱長公主，遠嫁冒頓單于，開始與匈奴和親政策。

漢高帝八年（前199年），丞相蕭何主持修建未央宮，於長樂宮和未央宮之間修建武庫，於長安東南修建太倉。

楚漢戰爭中，劉邦為換取各路實力軍人支持，大封諸侯王。
王國封地，多者百多城，少者三四十縣，總面積比朝廷直轄郡縣還大。
各王都擁有軍隊，行政、財政自專，名為漢臣，實為漢不能控制的獨立軍閥，對朝廷造成很大威脅。

劉邦即位後不久削藩，燕王臧荼最先起兵，兵敗後被捕殺。
韓信由齊王，改為楚王，劉邦假裝出巡楚國，劫持韓信，貶為淮陰侯，留居京城，不讓到外地任職。

漢高帝十年（前197年），漢高祖繼母逝世。
七月十四日（8月7日），劉太公在櫟陽宮去世，與繼室合葬於萬年陵。

漢高帝十一年（前196年）呂后採納蕭何之計殺掉韓信，夷三族。

韓王信與匈奴侵漢，佔領參合，劉邦派遣柴武帶兵迎擊，兩軍交戰，柴武陣斬韓王信，在參合屠城。

漢高帝十二年（前195年），劉邦殺白馬喋血為盟，除宗室，不許以後再立異姓諸侯王，訂下誓約：非劉氏而王者，天下共擊之。
這就是歷史上的「白馬之盟」。

劉邦對列侯起疑心，蕭何刻意以低價強行購買平民房地產，自毀名譽，令劉邦對他釋疑。

劉邦早年放蕩不羈，輕視儒生，稱帝後仍認為讀書無用。
客人戴儒冠前來，劉邦摘掉他們的儒冠，在裏面溲溺（小便），後人以「溺儒冠」作為淩辱儒生典故。

儒生陸賈在劉邦面前必言《詩經》、《書經》。
劉邦破口大罵說：你老子我，騎在馬背上得了天下，怎麼要我去鑽研那些《詩》、《書》？

陸賈據理力爭說：在馬背上取得天下，難道也在馬背上治理天下麼？假使秦朝統一天下後行仁義，效法古代聖人，陛下又怎麼取得天下呢？

劉邦命陸賈論述國家興衰存亡徵兆和原因，共寫十二篇。
陸賈每寫完一篇就上奏給劉邦，劉邦無不稱讚，稱這部書爲《新語》。

劉邦晚年寵幸戚夫人，疏遠呂后，認為呂后所生太子劉盈（漢惠帝）過於軟弱，多次想廢黜太子，改立戚氏兒子趙王劉如意。

劉邦想更換太子，張良勸諫，劉邦不聽，張良託病，不再理事。

御史大夫周昌與劉邦極力爭辯，劉邦問他理由何在，周昌有口吃毛病，加上非常激動，口吃得更厲害了，說：臣口不能言，然臣期期（期通「極」）知其不可。陛下雖欲廢太子，臣期期不奉詔。
劉邦聽罷，很高興地笑了。
（成語「期期不可」由此而來）

呂后在東廂側耳聽到上述對話，見到周昌時，跪謝說：沒有君，太子幾乎要被廢了。

呂后向張良求助，張良建議呂后找劉邦敬重的「商山四皓」協助。
呂后請得「商山四皓」成為劉盈老師，劉邦最終沒更換太子。

漢高帝十二年（前195年），劉邦帶病擊敗英布軍隊，路過故鄉沛縣，在沛宮置備酒席，請來老朋友和父老子弟，一起開懷暢飲。
鄉民召集沛中一百二十名兒童唱歌助興。
酒到濃時，劉邦彈擊築琴，唱起自編的楚歌：大風起兮雲飛揚，威加海內兮歸故鄉，安得猛士兮守四方！

劉邦讓兒童跟着學唱，後世稱為《大風歌》。

劉邦回長安後病勢更加沉重，拒絕醫治，不想見客，躺在皇宮中，詔令守門武士不讓群臣進入。

漢高帝十二年四月甲辰（前195年6月1日），劉邦於長樂宮駕崩，建國後在位八年，享年六十二歲。
呂后與審食其商量，發兵殺盡功臣與將領後，才公布劉邦死訊。

丁未日（6月4日），呂后發喪，大赦天下。
五月丙寅（6月23日），劉邦尊號高皇帝，廟號太祖，葬於長陵。
己巳（6月26日），太子劉盈繼位，是為漢孝惠帝。

劉邦死後，戚夫人遭呂后拔頭髮、斬去手腳，丟進廁所，被稱為「人彘」。

晉代筆記《西京雜記》記載，劉邦父親在豐邑時，常與屠販少年鬥雞、蹴鞠。
劉邦喜好蹴鞠，成為皇帝後，蹴鞠成為西漢時期全國體育運動，是西漢皇家重要娛樂項目之一。
劉邦在皇宮範圍內，規劃一座專業足球場，稱為鞠城。
蹴鞠正式列為漢朝軍人訓練項目之一，提高軍人體能。

劉太公在皇宮生活日久後，終日悶悶不樂。
劉邦在皇宮附近為父親修建新豐城，將豐縣部份親朋鄰居遷來居住。
新豐城街巷布局跟家鄉豐邑城一模一樣，遷來的男女老幼和雞犬鴨羊，都能認得各自居所，後世謂之「雞犬識新豐」。

唐朝司馬貞在《史記索隱》中注引《三輔故事》記載，劉邦在楚漢之爭時期，與項羽多年相持不下，身體受過十二次重大創傷，被流矢、壘石貫通或擊中傷害有四處。

長陵又名長山，是劉邦與呂后合葬地，位於陜西省西安市中心以北約二十公里、咸陽市以東約二十公里窯店鎮三義村北。
劉邦陵位於陵園西側，呂后陵居東偏南，附近有很多陪葬墓。

陵園北面設有長陵邑，史載有五萬戶遷徙入長陵邑。
1988年，國務院將長陵列為全國重點文物保護單位。