春，漢王部五諸侯兵，凡五十六萬人，東伐楚。項王聞之，即令諸將擊齊，而自以精兵三萬人南從魯出胡陵。

——《史記·項羽本紀》

在劉邦傳檄各路諸侯之後，除了燕王臧荼、九江王英布、衡山王吳芮和臨江王共敖仍在觀望之外，其餘各地全部都加入了反楚的行列，形勢對於項羽來說極度不利，劉邦認為滅楚時機已到，於是兵分三路大舉攻楚。

北路由曹參統率，率領周勃、樊噲、灌嬰和趙軍等部，由河內郡朝歌向東南進軍，經陳郡和碭郡北部入薛郡，從北面攻打西楚都城彭城。

南路由薛歐、王吸、王陵等部組成，由南陽郡宛縣向東進軍，東攻陳郡後入泗水郡，從西南方向進攻彭城。

中路軍由劉邦親自統率，率領夏侯嬰、盧綰、靳歙、司馬欣、董翳所部，連同殷王司馬卬、常山王張耳、河南王申陽、韓王韓信、西魏王魏豹等諸侯聯軍，以張良為軍師，陳平為參乘，自洛陽出發，東攻碭郡然後入泗水郡，從西面向彭城發動進攻。

此前，在河南王申陽、韓王鄭昌、西魏王魏豹、殷王司馬卬投降劉邦之後，擔心劉邦趁機率兵東進攻打西楚的項羽，為了禦敵於國門之外，便已經命人從西楚徵調兵馬，於西部構築防線，其中以宗族將領項佗為主將，以龍且為副將駐守東郡重鎮定陶，另以別將分別駐守碭郡以西的曲遇和陳郡北部的陽夏，以抵禦劉邦的東進。同時，項羽下令加強對齊地叛軍的攻勢，以期儘快平叛增援西部防線。

漢二年（前205年）春，在各路大軍準備停當後，劉邦三路大軍開始向東進攻。

北路方面，曹參率領大軍進入東郡，自東郡圍津（即白馬津）渡過黃河後，派樊噲攻取定陶西部的煮棗邑，擊敗楚將王武程，自己則與灌嬰等人率主力進攻重鎮定陶，於定陶南大破楚軍，楚將項襄兵敗投降，項佗、龍且率殘兵向東逃竄。攻克定陶之後，曹參命樊噲南下外黃與劉邦率領的主力會合，自己則與灌嬰、酈商繼續追擊項佗、龍且敗軍，一路追到了薛郡南部的胡陵，得知劉邦大軍已經抵達彭城以西的蕭縣後，率軍前往會合。

南路方面，王陵、薛歐、王吸率軍在陽夏擊敗楚軍後繼續東進，在沒有遇到多少抵抗的情況下便攻入了泗水郡南部，後率軍北上蕭縣與劉邦主力會師。

中路方面，劉邦以周勃為前軍，大軍攻破曲遇後一路勢如破竹繼續東進，於外黃遇到了前來會師的樊噲，以及率領三萬多軍隊前來投奔的彭越。

當初，彭越在歸附田榮後，出兵攻打西楚，項羽則派蕭公角抵禦彭越，彭越雖然擊敗了蕭公角，但田榮卻在不久後被殺，重新成為了無主之將的彭越，只好率部退回了鉅野澤一帶。直到聽說劉邦率領數十萬大軍東進，想到兩人曾在昌邑並肩作戰，這才率軍來投。

由於彭越本是魏人，劉邦便對其說道，“彭將軍如今收復魏國故地城池十餘座，急於擁立魏王的後代。魏王豹作為魏王咎的堂弟，乃是真正的魏王后代”，於是任命彭越為魏相，彭越因此率軍跟隨劉邦東進。

之後，劉邦率領大軍繼續東進，在擊敗碭縣和蕭縣的楚軍後，會集南北兩路漢軍，對楚都彭城發動進攻。

彭城作為西楚都城，雖然城高牆闊防禦工事完備，但由於項羽的主力仍被牽制在齊地，僅剩的楚軍精銳也在劉邦大軍東進過程中被擊敗，如今城中僅剩老弱殘兵數千駐守，面對劉邦數十萬大軍的圍攻，根本無力抵禦，劉邦僅用數日，便於同年四月攻陷了楚都彭城。

劉邦雖然攻破了彭城，但他也知道項羽絕對不會善罷甘休，為了防止項羽回援，劉邦命大舅哥呂澤駐軍下邑，命彭越率本部人馬駐守梁地，作為彭城西部和北部的防禦屏障。同時，劉邦又命樊噲率軍北上薛郡，攻打鄒縣、魯縣、瑕丘和薛縣等地楚軍，然後率漢軍主力守住彭城的東北部，沿魯縣、鄒縣、薛縣、繒縣、郯縣構築防線，封鎖齊地與彭城之間的道路，切斷項羽回軍救援的路線。

至於戰鬥力和忠誠度稍遜一籌的三十萬諸侯聯軍，劉邦則將其全部部署在了彭城和彭城以西的蕭縣、碭縣一帶，畢竟想讓他們去和項羽硬碰硬，劉邦實在沒有把握。

在劉邦看來，自己的這套防禦體系應當極為完備，如果項羽率領楚軍主力回援，迎面便會撞上樊噲等人率領的漢軍主力，再加上田橫率領的齊地叛軍，兩面夾擊之下項羽必敗。

即使一時間難以擊敗項羽，有呂澤駐守下邑，也可確保漢軍後勤補給線的安全，從而與項羽長期對峙。即便項羽突破了樊噲防線，自己手中還有三十