刘邦的这些措施虽然起到了牵制楚军、巩固后方的积极作用，但是正面战场的形势依然不怎么乐观。项羽看到刘邦的势力有增无减，十分不安，便于次年春调动楚军主力加紧进攻荥阳、成皋，并多次派兵切断汉军的粮道，使刘邦的部队在补给上发生很大的困难。五月间，项羽大军进逼荥阳，刘邦内乏继粮，外无援兵，情势日趋危急。刘邦采纳张良的缓兵之计，派出使臣向项羽求和，表示愿以荥阳为界，以西属汉，以东归楚，但遭到项羽的断然拒绝。刘邦无奈，只得采纳将军纪信的计策，由纪信假扮作刘邦，驱车簇拥出荥阳东门，诈言城中食尽，汉王出降，蒙骗项羽，而自己则乘机从荥阳西门逃奔成皋。项羽发现自己受骗上当后勃然大怒，烧死纪信，率兵追击刘邦，很快攻下了成皋，刘邦仓皇逃回关中。

刘邦从关中征集到一批兵员，打算再夺成皋。谋士辕生认为这不是善策，建议刘邦派兵出武关（今陕西商南东南），调动楚军南下，减轻汉荥阳守军的压力；同时，让韩信加紧经营北方战场，迫使楚军分散兵力。刘邦欣然采纳这一计策，率军经武关出宛（今河南南阳）、叶（今河南叶县）之间，与英布配合展开攻势；与此同时，韩信也率部由赵地南下，直抵黄河北岸，与刘邦及荥阳汉军互相策应。汉军的行动果然调动了项羽的南下。这时刘邦却又转攻为守，避免同楚军进行决战，而让彭越加强对楚后方的袭击，彭越不失所望，进展迅速，攻占了要地下邳（今江苏睢宁西北），直接给楚都彭城造成威胁。项羽首尾不能兼顾，被迫回师东击彭越，刘邦乘机收复了成皋。