当时彭城，守兵寥寥，所有精兵猛将，都随项羽伐齐，只剩老弱数千留守城中，听说刘邦军进城，纷纷逃散。
刘邦进彭城后，一面令昌后兄周吕侯驻军下邑，同时拜彭越为魏相使住梁地。
又令樊哙北攻邹鲁、瑕丘、薛，令樊哙率军在今山东峄县、枣庄、邹县、曲阜、滋阳一带驻守，以掩护彭城之安全。
一面在楚宫住下，收项羽美人，贷赂。
将士日日置酒高会，欢呼畅饮。
当时，刘邦及诸侯军守备各地及樊哙守邹鲁之兵外，在萧、砀及彭城，约三十万人。
此时，项羽陷入前所未有的危机中。
一、面临两线作战，齐国尚未平定，回师救楚，则腹背受敌。
二、兵力的极大悬殊，刘邦诸侯联军56万人，规模空前宏大。
项羽此时全部兵力不详，但是必然远少于56万。
三、后方沦陷，孤军深入，此时项羽楚地尽失，没有根基地的孤军只能速战速决。
四、远离战场，长途奔波，敌人则以逸待劳，利用防御工事抵抗回师楚军。
五、盟友背叛，政治大环境陷入极度孤立的状况。
面对如此险恶的政治，军事环境，项羽制订了一个大胆的战略计划。留下诸将攻齐，自率精骑三万疾驰南下，由鲁瑕丘击破樊哙等军后，即在胡陵至萧县采取包围闪击。
萧县东南有刘邦兵数营驻扎。
项羽军夜间抵萧，利用拂晓，由西向东反击汉军侧背，早晨开始进攻，与汉军展开大战，中午便大破汉军。
汉军对项羽军的突然袭击，无法组织有效的抵抗，自相践踏，乱作一团，被项羽军于彭城近郊斩杀10余万人。
刘邦大败，项羽从后追击，汉兵在谷、泗水二水被歼十余万。
刘邦继续南走，想利用彭城南吕梁山区以资抵抗，但因项羽的猛烈追击而不能立足，又杀毙几万。
项羽军追击汉逃兵至灵壁以东的睢水上，再斩杀汉军10余万人。
刘邦军逃入睢水，溺死者不计其数，“睢水为之不流”。
项羽军将刘邦及其残部包围了三层，正待聚歼之际，忽然西北大风猛袭而来，飞沙走石，树木连根拔起，一时间天昏地暗，吹打得项羽军阵营混乱。
刘邦趁此机会，仅带10余名骑兵突围而逃。
其父、其妻被楚军俘获，汉军几乎全军覆灭。
此役汉军元气大伤，几乎全军覆没，依附于刘邦的诸侯纷纷背汉投楚。
刘邦只好收集残部，退守荥阳，楚汉之间的争斗从此变得更为剧烈残酷。
彭城一战，刘邦遭到了自起兵以来的最大的惨败。
他的父亲及妻子都被楚军俘获，众诸侯也纷纷背汉向楚。
项羽则充分表现出他特有的英勇果敢、雄才大略的军事指挥才能，此战可以说是完胜的结局。
项羽不但歼灭刘邦主力，使刘邦陷入了巨大的危机局面。
更扭转了项羽四面楚歌，孤立无援的政治局面，重新占据楚汉战争的主动权。
