因項羽滿臉血汙，呂馬童看了半天才將項羽認了出來，於是指著項羽，扭頭對自己身邊的騎將王翳說道，“此人便是項王。”

項羽見狀，忍痛轉過身來，看著呂馬童，喘著粗氣道，“我聽說漢王用黃金千斤、封邑萬戶懸賞我的頭顱，既然你是我的老相識，我就把這份好處送給你吧！”

說罷，自知再無活路，且已經無力拼殺的項羽，低吼一聲，拔劍自刎而死。

王翳等漢軍將士見狀，頓時一擁而上，互相爭搶項王的屍身，甚至為了爭功而互相拼殺，直到灌嬰率兵趕來，這才制住了混亂的局面。

最後，數十名漢軍將士因爭功而死，項羽的屍身亦被斬為五段，已經難辨本來面目，其中騎將王翳爭到了項羽頭顱，而郎中騎將楊喜、騎司馬呂馬童、郎中呂勝、郎中楊武各爭得一段肢體。

灌嬰命五人將項羽的屍身拼湊起來，這才勉強辨別出死者正是項羽，灌嬰長吁了一口氣，命五人將屍體妥當收斂，然後整頓兵馬返回向劉邦彙報。

項羽突圍之後，垓下楚軍既無士氣又群龍無首，此時已經被殲滅。劉邦得知項羽已死，這才心中大定，當場便對獲得項羽屍身的五人予以冊封，其中呂馬童為中水侯、王翳為杜衍侯、楊喜為赤泉侯、楊武為吳防侯、呂勝為涅陽侯。

之後，劉邦命人將項羽死訊通告西楚各地，得知訊息的西楚各地紛紛投降，只有當初作為項羽食邑的魯縣拒不投降。劉邦有感於他們恪守禮義，為君主守節不惜一死的大義，命人拿著項羽的頭顱給魯城軍民觀看，又答應必然厚葬項羽，魯地父老這才投降。

劉邦與項羽雖為對手，卻也對其無比欽佩，因楚懷王曾封其為魯公，而魯城又是最後才投降的，劉邦於是親自為其發喪，以魯公的禮儀將其安葬在了谷城，並建祠堂以祭祀。

與此同時，在項羽死後，陳嬰、呂臣、呂青等楚國舊臣和項伯、項佗等項氏宗族旁支也紛紛投降，劉邦為安撫楚地百姓，全部予以赦免，後來也均予以封侯，並將項氏族人全部賜予劉姓。

平定楚地之後，劉邦率領大軍西撤至定陶休整，待各部安營紮寨完畢，劉邦卻突然驅馬馳入齊王韓信的軍營，奪了他的兵權，這顯然是因為此前韓信拒不奉命出兵的緣故。如果說修武奪兵還有點偷襲的意味，這次定陶奪兵則是完全當著韓信的面所為，韓信縱然心有不甘，卻也無力反抗，只能交出兵權。