劉邦任命韓信爲聯軍統帥，指揮大軍作戰。韓信命劉賈、英布軍自南將楚軍外圍出路全部封閉，命彭越軍自北封閉通路，韓信軍三十萬與劉邦本部軍主力則合成一股，向困守垓下的十萬楚軍發起進攻，秦漢戰爭史上最耀眼的兩顆巨星的巔峯對決，終於展開!
韓信親率三十萬大軍居中，爲前鋒主力;將軍孔熙率軍數萬爲左翼;陳賀率軍數萬爲右翼;劉邦率本部主力尾隨韓信軍跟進，將軍周勃率軍斷後。
而項羽方面，對於楚軍而言，如今的情況即不能守、也不能退。後勤斷絕、無糧而守，無異於坐以待斃，等死!
就這樣，戰鬥打響了。整場垓下之戰非常有層次，項羽一步步踏入韓信設定的陷阱中：
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1、正面示弱。
韓信率五陣大軍先行向楚軍發動挑釁性進攻。項羽立刻率十萬楚軍發動中央突破作戰，矛頭直指韓信本部。項羽親自率軍出擊，衝鋒在前，楚軍以騎兵在前、步兵在後隨其衝鋒。漢軍接戰，漢軍出於下風。韓信立刻命令大軍後撤，以三十萬大軍爲屏障掩護指揮部和劉邦的十萬人馬向後退去。漢軍且戰且退，楚軍則是繼續孤注一擲的瘋狂突擊，項羽本人更加是一馬當先，衝鋒速度之快甚至將十萬楚軍將士統統甩在了後面，連楚軍騎兵都沒有一人能趕上。
一路上，漢軍如烏雲一般層層疊疊，一眼望去，滿山遍野。項羽率十萬將士猛打猛攻，連破漢軍數道防線，直殺向韓信本人。
2、後路包抄。
另一方面，當韓信以前陣爲屏障掩護劉邦軍回撤退避的同時，孔熙、陳賀所率的左右兩軍也自楚軍左右兩側進行着夾擊，其意圖便是爲了節制楚軍進攻側翼、分離楚軍騎兵步兵之間的配合、遷制楚軍進攻。
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經過半日廝殺，項羽依然沒能突入漢軍指揮部，韓信始終不斷的向後退卻，始終沒有出現在項羽面前。而項羽過於猛烈的衝鋒，卻明顯拉開了軍隊前後的距離。當時的楚軍，項羽本人脫離全軍衝鋒在前、衝開敵軍一道道兵列線;後面是速度較快的主力騎兵急趕項羽、並將被項羽本人打開缺口的漢軍散兵一一衝散踏過;而最後面的是速度最慢的步兵部隊，他們與未被騎兵踩死的漢兵一邊廝殺一邊繼續追趕騎兵。楚軍隊形越來越散、越拉越長，已經漸漸失去了緊密的隊形和互相之間的配合。
戰至下午，漢軍中軍一退再退，左右兩軍迂迴急進，終於完成了前後夾擊之勢。漢軍左右軍隨之投入了對楚軍後方側翼的進攻，以緊密的陣形兩面壓來，迅速合圍了落在後面的楚軍步兵。楚軍將士殊死抵抗，兩軍官兵絞鬥在一起，立刻陷入交戰狀態，將楚軍步兵、騎兵一分兩半，楚軍攻勢隨之被遷制。
3、三路合圍
項羽不得已，只好率殘存騎兵回師而去、救援步兵。當得知左右軍完成迂迴並發動了對楚軍後方步兵的進攻之時，韓信隨即組織反擊，並將劉邦主力以及所剩的全部中軍投入反衝擊。
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漢軍向項羽和楚軍前鋒騎兵反撲而來。數十萬漢軍向楚軍發起了前後夾擊。到了此時，韓信中央後退，兩翼包抄的戰術已經成功，項羽知道無力迴天，立刻率全軍向反方向突圍，衝開漢左右軍的包圍，退回營中。此戰，楚軍傷亡4萬餘。
漢軍雖然傷亡更大，但是戰術上完美的正面拖住了楚軍最兇狠的衝鋒，兩翼包抄消耗了楚軍的有生力量。隨後，韓信率領全軍收攏此前被楚軍衝散的殘軍全數壓上，徹底包圍了楚軍大營，楚軍完全失去了反敗爲勝的機會。
至此垓下決戰以漢軍戰略性的勝利而告終。
