秦朝末年，朝廷无道，民不聊生。天下各路义军纷纷揭竿而起，反抗秦廷。其中以故楚名将项燕之后项梁、项羽(任程伟 饰)叔侄势力最大。项梁以自己新立之楚怀王的名义，召集各路义军，联合伐秦。谁知刚一出师，项梁便在与秦将章邯作战时战死了。项羽随即接替了叔父的帅位，将义军分为两路攻秦。项羽的东路军在关东聚歼秦军主力；指挥西路军的“沛公”刘邦(黄秋生 饰)则乘隙攻入咸阳。依据楚怀王“先入定关中者王之”的约定，刘邦欲称王关中，便派兵驻守函谷关，以防诸侯入关。同时，他宣布废除秦朝苛政，与关中父老“约法三章”。项羽于巨鹿歼灭秦军主力，收服章邯，取得诸侯上将军的地位，并率诸侯联军四十万、秦军降卒二十万直奔关中。中途，项羽恐秦降卒哗变，在新安将他们全部坑杀。之后，项羽命英布攻破函谷关，进驻鸿门，意图消灭刘邦集团。刘邦自知不敌，于是竭力拉拢项羽的叔父项伯为其调解，并亲赴鸿门请罪。项羽被刘邦的诚意所打动，放弃了消灭刘邦的念头。之后，项羽凭借其在军事上的压倒优势，裂土分封十八位诸侯王，并自立为西楚霸王，定都彭城。封刘邦为汉中王，定都南郑。又将关中分为三部，封秦降将章邯、司马欣、董翳分别为王，企图通过他们控制关中，将刘邦困锁在边险地区。刘邦采纳张良、萧何的建议，确定了收用巴蜀，还定三秦，东向以争天下的方略。于是忍忿前往汉中就国。途中烧毁所过栈道，防止诸侯军偷袭，并借此表示自己无东向之意，以麻痹项羽。项羽亦于同时班师回彭城。不久后，未被项羽封王的田荣于齐地起兵反楚，自立为齐王，项羽发兵击齐。刘邦乘项羽无暇西顾和三秦王立足未稳之机，拜韩信为大将，统兵数万，明修栈道，暗渡陈仓，迅速还定三秦，袭占关中大部地区。项羽在两面受敌的情势下，采取先齐后汉方针，继续攻齐，主力被牵制在齐地。刘邦再度抓住战机，一面巩固关中，一面扩张势力，亲自率军出函谷关东进，并联络各地诸侯王，率联军五十六万，一举袭占楚都彭城。项羽大怒，留部将继续击齐，自率三万骑兵疾驰南下，乘刘邦陶醉于胜利，毫无戒备之际，以少胜多，大败汉军，收复彭城。刘邦仅率数十骑突出重围，逃回荥阳。此役，汉军被歼数十万，元气大伤。此后，项羽调集大军，与刘邦在荥阳、成皋一线开始了长达两年零五个月的相持战。此间，楚军北有韩信占据齐地威胁彭城，腹地有彭越游动作战，又须分兵南据九江，以致兵力分散，腹背受敌，粮草匮乏，欲战不能。刘邦则据荥阳、成皋之战坚守不战。于是项羽与刘邦订立和约“中分天下”，划鸿沟为界，东归楚、西属汉。之后，项羽遵约东撤，刘邦则背约向楚军发起突然追击，并约集韩信、彭越南下合围楚军于垓下。楚军缺兵少粮，屡战不胜。夜闻楚歌四起，军心瓦解。项羽率八百骑突围南逃，刘邦派兵追击。项羽逃至乌江，想起当年率八千子弟兵过江时的豪情，自觉无颜去江东父老，遂自刎。楚汉战争最终以刘邦的胜利宣告结束，大汉王朝也就此建立。