刘邦（前256年\/前247年－前195年6月1日），字季，沛丰邑中阳里人（今江苏省徐州市丰县），中国历史上杰出的政治家、战略家，汉朝开国皇帝（前202年2月28日－前195年6月1日在位）。
刘邦出身农家，为人豁达大度。早年到外黄县跟随张耳。秦朝建立后，出任沛县泗水亭长。后因释放刑徒，藏匿于芒砀山中。陈胜起义后，刘邦集合三千子弟在沛县响应，自称沛公，投奔反秦义军首领项梁，共立楚怀王，任砀郡长，封武安侯。
秦二世三年（前207年）率军进驻灞上，接受秦王子婴投降，废除秦朝苛法，约法三章。鸿门宴之后，受封为汉王，统治巴蜀及汉中一带。同年五月，重返三秦之地，定都栎阳。他知人善任，虚心纳谏，充分发挥部下的才能，积极整合反对西楚霸王项羽的力量，最终迫使项羽兵败自刎，于汉五年（前202年）赢得楚汉之争，统一天下，即位于定陶泛水北岸，建立汉朝，初定都雒阳，后徙都长安。
称帝后，刘邦为稳固统治，陆续消灭臧荼、韩王信、韩信、彭越、英布等异姓诸侯王，分封九个同姓诸侯王；同时建章立制，休养生息，励精图治。兵员归家，豁免徭役，重农抑商，恢复社会经济，安抚人民，稳定统治。“白登之围”后宣布开放边境关市，缓和汉匈关系。汉十二年（前195年），刘邦讨伐英布叛乱时伤重不起，制定“白马之盟”后驾崩，尊号高皇帝，庙号太祖，葬于长陵。
据记载，刘氏起源于三皇五帝之尧帝，尧帝长子监明受封于“刘”邑（今河北省唐县），监明早亡，其子式继封，遂以居邑为氏，传至夏朝有刘累，下传至士会适秦，归晋，有子留于秦，恢复刘氏，之后在战国时获于魏，遂为魏大夫，魏国从安邑迁都大梁，刘清（刘邦的曾祖父）出生，刘清生刘仁，刘仁迁丰邑，刘家即在此期间迁沛之丰邑（详见“人际关系”目录）。
刘邦的祖父虽然曾是楚国丰公（丰邑邑令），但是当时天下动荡，社会大变迁，刘家到了刘邦父辈这一代，已只是自事农产的编户平民。
秦昭王五十一年（前256年）或秦庄襄王三年（前247年），刘邦出生于沛丰邑中阳里，与卢绾同年同月同日生，两家非常要好。刘邦少年时和卢绾一起读书，彼此交好。他的鼻梁高挺，眉骨立体，有美好的鬓角、胡须，左边大腿有七十二颗黑痣。
刘邦为人仁厚而爱护他人，乐善好施，个性洒脱豁达、不拘小节，颇有度量，但他不喜欢跟家人一样下地劳动，所以常被父亲训斥，说他不如自己的哥哥会经营，日后在统一天下之后，刘邦还拿此事和刘太公开玩笑：“您看我和二哥刘仲到底谁创下的基业大？”
丰邑和沛县曾隶属魏、楚，刘邦的青少年时代成长在魏楚交界地带，受到两国文化氛围的熏陶，其人熟习楚歌，又仰慕魏国英雄信陵君魏无忌的德行。后来有能力西行至魏国各地时，信陵君已故去多年，曾是信陵君门客的张耳也在招纳门客，刘邦于是多次到外黄随同张耳游历，往来做客数月，两人结下深厚的交情。
秦始皇二十二年（前225年），秦灭魏之后，张耳成为秦廷通缉犯，门客皆散去。刘邦回到家乡沛县。到他起事时，帐下人才也多以魏、楚两地豪杰为主。
秦始皇二十四年（前223年），秦灭楚，沿袭楚旧郡设立泗水郡。进入壮年后的刘邦通过考核成为秦吏，做了泗水的亭长。在任上，他戏弄县廷官吏，又喜欢喝酒，爱好美色。
刘邦素来有远大的志向。在一次送服役的人去咸阳的路上，他碰到秦始皇大队人马出巡，远远望去，秦始皇坐在装饰精美华丽的车上，不禁脱口而出：“哎呀，大丈夫就应该像这样啊！”
当时，单父（今山东单县）人吕公和家乡的人结下冤仇后到沛县定居，因为沛令和他是好友。在刚刚到沛时，很多人便听说了他和县令的关系，于是，人们便来上门拜访，拉拉关系，套套近乎。刘邦听说了也去凑热闹，当时主持接待客人的是在沛县担任主簿的萧何，他宣布了一条规定：凡是贺礼钱不到一千钱的人，一律到堂下就坐。刘邦虽然没带一个钱去，他却对负责传信的人说：“我出贺钱一万！”吕公听说了，赶忙亲自出来迎他。一见刘邦器宇轩昂，与众不同，就非常喜欢，请入上席就坐。
吕公喜欢给人相面，看见刘邦的相貌，就非常敬重他。萧何说：“刘季一向满口说大话，很少做成什么事。”刘邦趁机和所有宾客嬉闹，干脆就坐到上座去，丝毫不畏缩。饮酒到尽兴时，吕公向刘邦递眼色，让他一定留下来，刘邦喝完了酒，就留在后面。
吕公说：“我从年轻的时候就喜欢给人相面，经我给相面的人多了，没有谁能比得上你的面相，希望你好自珍爱。我有一女愿意许给你做洒扫的妻妾。”
酒宴散了，吕媪对吕公大为恼火，说：“你起初总是想让这个女儿出人头地，把她许配给个贵人。沛令跟你要好，想娶这个女儿你不同意，今天你为什么随随便便地就把她许给刘季了呢？”吕公说：“这不是女人家所懂得的。”终于把女儿嫁给刘季了。吕公的女儿就是吕雉。
一次，刘邦以亭长的身份为泗水郡押送徒役去骊山，徒役们有很多在半路逃走了。刘邦估计等到了骊山也就会都逃光了，所以走到丰邑西边的水泽地时，就停下来饮酒，趁着夜晚把所有的役徒都放了。刘邦说：“你们都逃命去吧，从此我也要远远地走了！”
徒役中有十多个壮士愿意跟随他一块走。最后，刘邦带着这些人逃匿在芒县、砀县的山泽（今通称芒砀山）之中。在此期间，发生了所谓刘邦夜醉斩蛇、“赤帝子”、吕雉宣称刘邦有“云气”等奇事（详见“轶事典故”目录），沛县之中的年轻子弟听说后，很多人都要前去投奔他。随后，刘邦的队伍不断扩大，有数百人之众。
由于秦朝政府连年发起大型徭役，以各地男丁往北修长城戍边；以童男童女和百工几千人出东海求仙；征集无夫家的女性一万五千人南下百越，最终导致中原疲敝，百姓乱离，社会矛盾加剧，人们私底下都想要反抗，当时“欲为乱者十家而七”。这时候有客人对刘邦说：“时机到了！”
刘邦回答：“且等等，当有圣人起于东南。”
果然，在距离此事不到一年之后（秦二世元年，前209年），陈胜、吴广聚众起义，建立了“张楚”政权，和秦朝公开对立。
当时，沛县令也想响应起义，萧何和沛县狱掾曹参劝县令将本县流亡在外的人召集回来，一来可以增加力量，二来也可以杜绝后患。县令觉得有理，便让樊哙去邀请刘邦，刘邦当时已拥数百之众。然而此时沛令却又后悔了，害怕刘邦回来不好控制，弄不好还会被他所杀，等于是引狼入室。所以，他命令关闭城门，并准备捉拿萧何和曹参。二人闻讯赶忙逃到了城外，刘邦闻此，于是将一封信射进城中，鼓动城中百姓起来杀掉出尔反尔的县令，大家一起保卫家乡。
百姓对平时就不太体恤他们的县令很不满，杀了县令后开城门迎进刘邦，萧何、曹参都是文吏，担心身家性命，深恐举事不成，被秦朝诛灭九族，就竭力推举刘邦来领导大家起事。大家推举他为沛县县令，依楚制称作沛公。刘邦便顺从民意，设祭坛，立赤旗，自称赤帝子，很快义军扩充到三千人。
此时是秦二世元年（前209年）的十月，刘邦已经三十八岁或三十九岁了。
刘邦起事后，立即开始攻略周边郡县，先是攻打胡陵、夺下方与，与泗水郡的郡监平大战于丰邑，将其攻破。于是泗水卒史周苛、周昌兄弟归顺刘邦阵营。接着令雍齿守丰，自己率领军队进入薛县，与秦军大战。泗水郡守壮战败，逃至戚县，刘邦麾下的左司马追斩壮。
接着刘邦率军返回亢父县、方与县，命曹参镇守方与县城。这时魏相周巿来攻方与，方与城转投魏国，曹参率军迎击。雍齿据守的丰邑也被周巿招降，刘邦大怒，举兵攻丰，不能将其攻克。恰在此时，刘邦又患病，只得还军沛县。
这时，刘邦听说东阳甯君与秦嘉立景驹为楚王，驻扎在留县（今沛县东南），于是投奔景驹，欲借军攻丰邑。在去投奔景驹的路上，遇见了也要投奔景驹的张良。两人于是兵合一处。张良与刘邦二人一见交谈之后，大有相见恨晚之意。于是张良放弃投奔景驹的念头，直接投奔到刘邦这边。刘邦授张良为厩将。然后一起去向景驹请援。
这时秦大将章邯的部将司马夷攻略楚地，屠戮相县（今安徽淮北市），到达砀县（今永城芒山镇）。于是刘邦与东阳甯君率军向西，迎击司马夷，在萧县西与秦军展开战斗，结果不利，刘邦与东阳甯君退至留县。补充军队和粮草后，再次进攻秦军，以少胜多三天攻下砀县，收降砀县军卒六千人，加上原有部队总计九千人。
三月，刘邦攻取了下邑（今安徽砀山），返回再次攻丰，结果仍然没攻下。之前，原楚国贵族的后代项梁、项羽在吴县（今江苏苏州）起兵，后渡过淮河扩张势力，攻灭秦嘉、景驹等部。刘邦听说项梁在薛县，于是留下军队包围丰邑，自己率领一百余骑至薛县见项梁。项梁给刘邦增兵五千、五大夫将十人，三攻丰邑。雍齿不敌，逃奔魏国。
刘邦从属项梁一个多月后，项羽也攻下襄邑也还至薛县。当陈胜死亡的消息被证实，项梁把别将全都召回薛县，采纳范增的建议，拥立战国时楚怀王的孙子熊心为楚王，仍号楚怀王，定都盱眙。刘邦与英布、蒲将军、吕臣、陈婴等别部将领共同参与拥立了楚怀王。
拥立楚怀王后，项梁率军北上救援齐魏，在亢父、东阿等地大破秦军。这时齐军因内部矛盾而撤还，只有楚军追击秦军。在这期间，刘邦率领曹参、周勃等人与章邯的车骑部队交战，将其击退，平复蒙邑、虞县、爰戚县、东缗县、栗县、啮桑县、宛朐县、单父县等大量秦军占领的魏国城池，史称“定魏地”。
项梁下令楚军分军，以刘邦、项羽领兵，率楚军一部攻城阳。刘项二人率军攻下城阳（即成阳，今山东菏泽市东），屠之。然后追击秦军至濮阳东，再次大破秦军。秦军这时得到增援，军势再次振兴，据守濮阳，放水环绕城池。刘项二人于是绕过濮阳，转攻定陶（今山东定陶）。定陶未攻下后，又向西攻打雍丘（今河南杞县）。刘项两军大破秦兵，刘邦麾下曹参斩杀三川郡的郡守李由，并俘虏秦侯一人。
正当刘项两军进攻陈留之时。章邯大破项梁于定陶，项梁战死。刘项二人大惊，在商量后决定放弃陈留，还军东归。刘项二人分兵，项羽军驻彭城西、吕臣军驻彭城东，而刘邦军驻砀县。
项梁之死，使诸侯震怖。而秦军更是挟战胜余威常追亡逐北。章邯经过连番胜利，认为楚国已不足虑，于是北上进攻赵国，攻下邯郸后把民众都迁徙到河内，并毁掉邯郸的城墙。而赵军退守巨鹿，章邯率军进围赵王歇与赵相张耳于巨鹿。
楚怀王把都城由盱眙迁至彭城，将吕臣与项羽的军队合并起来自己统领。封刘邦为武安侯，升任砀郡长（郡守），统率砀郡兵马；项羽为长安侯，任鲁公。经过一番调整之后，楚国局势稳定下来。刘邦此时已统筹整个砀郡旧魏地区兵力，其地位实际比项羽的县公（县令）要高。
与此同时，被困于巨鹿的赵王歇与张耳遣使至楚向楚国求救。楚怀王答应救赵。但为了分散秦军力量，决定派一支部队西向直接攻秦。楚国北路军以宋义为主将，西路军以刘邦为主将。约定谁先入关中，谁就可在关中称王。
当时由于陈胜、项梁相继败亡，秦军兵势正盛，楚国上下皆不看好西征，谁都不愿意领军西征。怀王身边的老将们认为唯独刘邦向来宽厚，是有德行的长者，适合“扶义而西”，减少西进阻力，能更好地不动用暴力让秦国父老归顺，于是任命刘邦为西征军统帅。而项羽则因为叔父之死，比较激愤，积极要求随同刘邦西征。但所有老将皆以项羽为人“僄悍滑贼”及“所过皆残灭”不利于西征为由拒绝了项羽的要求，让他担任北路军的次将北上救赵。
秦二世三年十月（前208年11月25日至12月23日期间），刘邦军往西攻城略地，一路收集陈胜、项梁的散卒。经由砀县到达成阳县，先在成武县南面攻破东郡的郡尉所率领的部队，又在成阳县南面攻打王离军，在杠里与秦军对垒相持，攻破秦二军、河间守军，刘邦率领曹参、樊哙、灌婴、傅宽、郭蒙等与秦将王离交战，大破其军。接着，刘邦引兵西进，在昌邑（今山东巨野东南）遇到彭越的部队，遂与其合力进攻昌邑，没能攻下，只得返回栗县（今河南夏邑）。在栗县时，刘邦遇到刚武侯，吞并他的部队，刘邦军队增加了四千多人。接着与魏将皇欣、魏申徒武蒲军合攻昌邑，又没攻下。刘邦决定舍弃昌邑不打，率军西行。
二月，刘邦西经高阳县，郦食其是高阳里的门卒，认为经过高阳的军队很多，只有刘邦拥有很大的器量，于是求见刘邦。此时刘邦坐在床上。令两个女子替他洗脚。郦食其未行拜见之礼，拱手长揖说：“足下要是真想推翻无道之秦，就不应坐着来接见长者。”
刘邦听后而起，整衣表示歉意，请入上座。郦食其建议刘邦袭击陈留。刘邦采纳郦食其的计策，袭击陈留县，得到秦军囤积的粮草。刘邦封郦食其为广野君，任命他弟弟郦商为将，领陈留之军。
刘邦军在亳县南部与秦军交战，又往西到达开封，秦将赵贲率领秦军在开封北面与刘邦交战，刘邦携麾下曹参、樊哙、夏侯婴、灌婴、傅宽、靳歙等大败赵贲。
赵贲兵败退守开封城，郦商率领陈留县兵，与刘邦、曹参一同包围开封城，没有攻下。刘邦转而西进，率领麾下曹参、樊哙、夏侯婴、傅宽、郭蒙等人在白马、曲遇东面与秦将杨熊交战，大破杨熊军，曹参俘虏秦国司马、御史各一人 ；夏侯婴累计俘虏六十八人，收降士卒八百五十人，并缴获官印一匣。刘邦部队又在阳武再次击退杨熊。杨熊败走逃至荥阳，被秦二世派人杀死。
张良早前劝项梁立韩成为韩王，并随韩王成西至韩地略地。但接连数月所略之地每占辄失，始终没打开局面，因此游兵于颍川郡一带。
当刘邦从洛阳南出轘辕山行进时，张良领着一队兵马前来跟从刘邦。刘邦向南攻取颍阳县，屠灭全城。接着攻打长社，凭借张良的协助攻占了韩国的轘辕关。又夺取缑氏县，接连打下韩地的十多座城邑，击破了秦将杨熊遗留的守军。刘邦攻取韩地阳城期间，让张良凭借韩国司徒的身份去招降韩国旧地，得到韩国王室后裔韩信（后来的韩王信，非“三杰”韩信）的加入，并让他担任韩王成的将领。刘邦略定韩国一带，让韩王成留守韩国旧都阳翟，带着张良继续进军，韩信（韩王信）也率领他的军队跟随刘邦。
这时候，赵国的别将司马卬正想渡过黄河进入函谷关。刘邦于是向北拿下平阴县，截断黄河渡口。刘邦向南进军，携麾下曹参、周勃、樊哙、郦商、夏侯婴、灌婴与秦军在洛阳东部、尸乡北部交战，再次大破赵贲大军。刘邦击溃赵贲后，继续进攻洛阳，没能攻克，转而南下阳城，收编城中马匹骑兵。往南攻打南阳郡，在犨县东面、阳城东面击破南阳郡守吕齮，吕齮退守宛城。
刘邦想绕过宛城直接西进。张良劝道：“您虽欲急入关，秦兵尚众，距险。今不下宛，宛从后击，强秦在前，此危道也。”
于是刘邦在夜晚引兵还攻宛城，变更旗帜，天未明，就将宛城团团围住。曹参、樊哙领军攻打宛城，先登陷阵。吕齮想要自杀，他的门客陈恢加以劝阻，并出使楚营，与刘邦约定举城归降。刘邦封吕齮为殷侯，封陈恢食邑千户。于是全部平定南阳郡。
秦二世三年七月（公元前207年8月17日至9月15日期间），在刘邦平定南阳郡时，项羽和章邯在殷墟会盟，章邯率军投降项羽。
刘邦率军继续西行，各地没有不降服的。到达丹水（今河南淅川）。而高武侯鳃、襄侯王陵这时也加入刘邦所率领的楚军，攻下西陵、胡阳。并且番君吴芮的部将梅鋗也至此，与刘邦军联合，攻下析（今西峡县）、郦等地。
刘邦所部楚军进兵至武关东面，于是派魏人宁昌出使秦廷，而这时章邯也投降了项羽。秦丞相赵高弑杀秦二世，令使者回报刘邦，想要和刘邦约定平分关中。刘邦认为赵高在使诈，于是听从张良之计，让郦食其、陆贾劝降武关（今陕西丹凤县武关镇）秦将，趁此机会袭取武关。之后，刘邦一面率军西进，一面令郦商别将攻取秦的汉中、巴、蜀等地。接着刘邦军再在峣下击败秦军，进至秦都咸阳附近的蓝田。秦廷在组织了最后的力量，与刘邦军大战于蓝田，遭遇大败。此后，秦朝失去了所有的抵抗力量。
秦王子婴元年（前207年）十月，刘邦的军队先于各路诸侯到达灞上。秦王子婴乘素车、驾白马，用丝带系颈，手捧着皇帝的玉玺符节，在轵道旁投降。秦朝至此灭亡。
刘邦进入了咸阳后，看着富丽堂皇的宫殿，刘邦有些留恋，准备就此住下。樊哙劝他天下还没有平定，别忘了秦的前车之鉴。刘邦根本听不进去，直到张良亲自来劝，他这才认识到了问题的严重性。于是，刘邦率军退到了灞上。
十一月，刘邦到达灞上之后，便召集当地的名士，和他们约法三章：杀人者死，伤人和偷盗要受到相应的处罚。其他秦朝的苛刻法制一律废除，这使他得到了民心支持。同月，项羽在新安坑杀二十万秦军降卒。十一月中旬，项羽率领诸侯军队西至函谷关。
同年（前207年）十二月，项羽率领诸侯军队抵达关中。范增劝他趁机除掉刘邦，项羽就下令准备，要在第二天进攻。这时的刘邦在兵力上无法和项羽带领的诸侯国军队相抗衡，他只有十万军队，项羽有兵力四十万。项羽的叔父项伯因与张良有老交情，连夜潜入营中劝张良走，以免开战被杀。张良不愿丢下刘邦，就将消息透露给了刘邦。惊慌之下，刘邦赶忙向张良要计策，张良让刘邦赶紧去见项伯，说明自己没有野心和项羽争夺王位。
刘邦依计会见项伯，说明自己并无称王野心，并与项伯约为亲家。项伯当天夜里返回军营对项羽说：“刘邦不率先攻破关中，你怎么敢进入呢？现在别人有大功劳我们反而攻打他，不道义啊，不如就善待他吧。”项羽答应了。
第二天，刘邦带着一百多名骑兵赶到项羽的驻地鸿门，当面向迎接他的项羽赔礼道歉。项羽请刘邦入内赴宴，范增在酒宴上，一再示意项羽发令，但项羽却犹豫不决，默然不应。范增召项庄舞剑为酒宴助兴，趁机杀掉刘邦，项伯为保护刘邦，也拔剑起舞，掩护了刘邦，使项庄的刺杀没有成功。后来刘邦借故离开，回到了大营。
鸿门宴之后，项羽便领兵西进，进入咸阳，屠戮并烧毁秦朝宫室、杀秦王子婴。项羽不顾楚怀王熊心“先入定关中者王之”的约定，而把熊心尊为义帝，打算和各国诸侯将相自行分封。刘邦被封为汉王，领地是巴、蜀和汉中共四十一县，国都为南郑（今陕西南郑）。并封秦朝的降将章邯、司马欣、董翳为雍王、塞王、翟王，领关中地，以扼制刘邦。刘邦大怒，打算出兵攻打项羽，经过萧何等人的劝阻，才决定隐忍入蜀。
项羽自称西楚霸王，掌握军队最高统帅权。楚怀王被虚尊为义帝，后来被项羽驱赶至郴县杀害。
项羽分封，表面上看去论功行赏，但是实际上却是对原诸侯势力进行重新组合，对服从自己的予以分封行赏，并没有照顾原诸侯在本国的实力与影响。因此从一开始埋下乱源。而且他又拒绝了谋士自王关中的建议，坚决衣锦还乡。
汉元年（前206年）四月，诸侯在戏下罢兵，各自回到自己的封国。刘邦只好忍气吞声接受封号，于四月领兵入汉中、并烧毁栈道，以示再也无意东出，以麻痹项羽。齐国贵族后裔田荣不满分封，赶走齐王田都，杀胶东王田巿，自立为齐王。五月，刘邦乘机挥军东出，拜韩信为大将，重返关中，很快击败章邯。
八月，刘邦迫降司马欣、董翳，并用计欺骗项羽，使其相信自己取得关中后已心满意足，再也不会东进了。项羽放心去攻打田荣，对西边没有加强防范。最终则陷入齐地泥潭无法抽身。这样给了刘邦绝佳的机会。
汉二年（前205年），刘邦在基本平定三秦后，准备东出与项羽争天下。他出关到陕，慰问那里的父老。三月，刘邦率军从临晋渡河，魏王豹领兵跟随。很快攻下河内，俘虏殷王司马卬，置河内郡。南渡平阴津到雒阳，降河南王申阳。这时有新城三老董公等挡在刘邦马前诉说义帝的死亡经过。汉王听后，大哭一场，遂为义帝发丧，举哀三日。然后向各诸侯王发布项羽大逆无道的罪状，并发动关内兵员，收编三河将士，号召各诸侯王率兵与自己一起讨伐项羽为义帝报仇。从而正式拉开了楚汉战争的序幕。
汉二年（前205年）五月，刘邦乘项羽深陷于齐国，无力抽身的机会，率领诸侯联军五十六万一举攻占西楚都彭城。短暂的胜利使刘邦失去理智，整日与诸侯喝酒庆祝。项羽闻之，急率轻骑兵三万回袭彭城，联军无备，一时被杀十万，溺水淹死十万，刘邦仅率数十骑逃脱，以汉为首的反楚联盟瓦解。
汉二年（前205年）六月，刘邦率部退到荥阳，一路收集败兵，并派韩信、灌婴等在京索之战中击败了楚追兵，得以喘息，稳住了阵脚，遂重整军队，依托关中基地和有利地势与项羽长期抗争。7月，章邯终于兵败自杀，刘邦完全解除了后顾之忧；且在逃往荥阳前便派人说服英布反楚，联络彭越扰楚后方；派韩信开辟北方战场，攻魏，又令张耳与韩信东下井陉灭赵。同年冬，项羽发动反攻，围困荥阳，形势十分危急。刘邦用谋士陈平反间计，使项羽怀疑范增，不用其谋，迫使范增怒而归乡。纪信装扮成刘邦去楚军诈降，刘邦乘机逃出荥阳，项羽加紧围攻荥阳，并夺取成皋。
为了减轻楚军对荥阳的压力，刘邦率军经武关、宛（今南阳）、叶（今叶县南），想引诱项羽南下。为配合汉军行动，此时韩信也率军到达黄河北岸，声援荥阳。彭越正在进攻下邳（今江苏邳州南）。项羽被迫率军回救，刘邦乘机收复成皋。
汉三年（前204年）七月，项羽以凌厉攻势拔荥阳，再夺成皋。
刘邦一面命汉军在巩县一带坚守，阻击楚军前进，一面命韩信组建新军击齐，派人入楚腹地协助彭越进攻睢阳县、外黄县等地，再次迫使项羽回救。
汉三年（前204年）十一月，刘邦用计收复成皋，斩杀了项羽大司马曹咎。
项羽在击败彭越后，寻汉军主力决战不成，屯兵广武（今河南荥阳北）与刘邦形成对峙。不久，韩信在潍水之战中歼灭齐楚联军，完成对楚侧翼的战略迂回，又派灌婴率军一部直奔彭城。项羽腹背受敌，兵疲粮尽，遂与汉订盟，以鸿沟为界，中分天下，东归楚，西归汉。
汉四年（前203年）十月，项羽引兵东归。
楚、汉订盟后，刘邦本想退兵，在张良、陈平提醒下，下令全力追击楚军。
汉四年（前203年）十一月，两军战于固陵（今淮阳西北），项羽小胜。
汉五年（前202年）正月，刘邦、韩信统领三十万汉军与十万楚军于垓下（今安徽灵璧南）展开决战。汉军以韩信率军在前为先锋，将军孔藂为左翼、陈贺为右翼，刘邦率部居中，将军周勃、柴武列阵在后。
韩信挥军进攻，采用诱敌深入战术，前军先诈败，信引兵后退，命左、右翼军包抄攻击楚军后部步军。楚军久战疲劳后军迎战不利，汉军将楚后军与项羽前军骑士分割两半，韩信再指挥全军反击，楚军大败，损失惨重，残余部队随项羽退回阵中。
后楚军退入壁垒坚守，被汉军重重包围。楚军兵疲食尽。汉军和诸侯联军将之重重包围，晚上四面传来楚国的歌声。致使楚军上下军心瓦解，项羽只有率八百人突围至乌江（今安徽省和县境），这时项羽身边只剩下二十八骑，一亭长愿带项羽逃至江东重振霸业，遭项羽拒绝。项羽带着二十八骑大战汉军，在全军覆没后于乌江自刭而死。楚地自此归汉。随后，刘邦率军北上，招降鲁县，并以鲁公之号将项羽葬于谷城。随后，刘邦还至定陶，驰入韩信军中，收夺其兵权。
汉五年（前202年）正月，韩信等诸侯及群臣共同上书刘邦，请他即位称帝。刘邦推辞，韩信他们说：“大王虽然出身贫寒，但能率领众人扫灭暴秦，诛杀不义，安定天下，功劳超过诸王，您称帝是众望所归。”刘邦依照古礼“三让”，然后说：“既然你们大家都这样看，觉得有利于天下吏民，那就按你们说的办吧。”
同年二月初三，刘邦在山东定陶泛水（今山东曹县北）之阳举行登基大典，定国号为汉（史称西汉、前汉），是为汉高帝。刘邦即皇帝位后，王后吕雉改称皇后，太子刘盈称皇太子。
此后，刘邦暂居雒阳，并派兵平定了为项羽叛汉的临江王共尉的叛乱。他最初打算定都雒阳，后根据戍卒娄敬的建议，定都咸阳以东的长安（今陕西西安），取长治久安之意。同年六月，宣布大赦天下。
天下平定后，刘邦“命萧何次律令，韩信申军法，张苍定章程，叔孙通制礼仪，陆贾造《新语》。又与功臣剖符作誓，丹书铁契，金匮石室，藏之宗庙。虽日不暇给，规摹弘远矣”。自萧何次律令以下，基本上都属于立法工作，为后世立制垂范。章是历数的章法，程是度量衡的规定，军法是讲用兵之道，《新语》是讲历代兴衰之故。礼仪，不仅限于朝仪的内容。这样多方面的开国规模，是前代所没有的。
刘邦建国称帝时，国家一时尚未平靖。为重建战后的新秩序及安抚功臣，他部分地恢复了封建，采取了郡国并行制，重新分封七个异姓功臣为王，此外，还有超过一百三十人被封为列侯。
西汉王朝建立初年，诸侯国占据大汉江山的多半疆土，如同先秦列国割据状态，异姓诸侯王在封国内部军政独立、尾大不掉，给中央集权的统治带来了极大的不稳定因素。刘邦封王也仅为权宜之计。
待西汉统治逐步稳固后，刘邦开始有意削除异姓诸侯王。
汉五年（前202年）十月，燕王臧荼率先被平定，刘邦改立密友、太尉卢绾为燕王；其后韩王信叛逃匈奴被诛杀、赵王张敖因部下谋反而被废为侯；梁王彭越、淮阴侯（原为楚王，后降封）韩信被废后皆被杀。
汉十年（前197年）九月，代国相陈豨联合匈奴兴兵叛乱，自封代王。刘邦赦免代地官民，率大军御驾亲征，至次年秋将其平定。
汉十一年（前196年），淮南王英布起兵，并吞并荆王刘贾、楚王刘交的地盘。刘邦闻讯后，立少子刘长为淮南王，并抱病亲征，正面击败英布军，英布逃走，后在番阳被诱杀。
汉十二年（前195年）二月，刘邦先以樊哙，后用周勃为将军，统兵讨伐与陈豨叛军态度暧昧的卢绾。卢绾知道刘邦顾念旧情，携家属、亲信数千人在长城下等候，想亲自入长安向刘邦解释，后因刘邦驾崩又畏惧吕雉，不得不逃往匈奴。至此，各大封国自此转入刘氏子孙手中。只有长沙王吴臣的长沙国幸免。
汉十二年（前195年），刘邦杀白马、喋血为盟，与诸将订下誓约，其核心内容为：“非刘氏而王者，天下共击之（不是刘氏子弟而称王的，天下可共同击灭他）。”
楚汉之际，刘邦忙于战争，而匈奴冒顿单于乘间展开征服事业，东灭东胡，西击大月氏，南侵燕代，一跃成为漠北霸主。
汉六年（前201年）秋，冒顿重重包围韩王信，韩王信多次派使者向匈奴求和。刘邦派人带兵援救，但怀疑韩王信多次私派使者，有背叛之心，于是派人加以责备。韩王信“恐诛，因与匈奴共约攻汉，以马邑（今山西朔州市朔城区）降胡（匈奴）”。
汉七年（前200年）初，刘邦亲率三十余万大军击韩王信，于铜鞮（今山西沁县南）破其军，又于晋阳（今山西太原南晋源镇）破其与匈奴之联军。刘邦闻匈奴军屯代谷（今山西繁峙西北），欲击之，派人侦察匈奴虚实。冒顿匿其精壮，故意示弱。汉使十数人连续回报，皆言匈奴可击。刘邦又派娄敬前往侦察，未及还，刘邦即悉发汉军三十二万北上。娄敬回来后，指出匈奴有诈，不可轻易进兵。
刘邦不听，亲率先头部队至平城（今山西大同东），步兵未全到。冒顿单于以四十万精骑围刘邦于平城附近的白登山（今山西大同东北）长达七日七夜，汉军内外联络中断，无法相救。刘邦采纳陈平之计，重赂单于之妻阏氏。在阏氏劝说下，冒顿解围之一角，汉军乃得突围，至平城与主力会合。撤退途中采纳夏侯婴的建议，全军戒备缓行，最终安全回朝。
随后匈奴引兵北去。刘邦在汉朝国力未得恢复的情况下，采纳娄敬的建议，对匈奴采取和亲政策，并开放双方关市；每年送大批丝绸、粮食、酒等礼物，以缓和其对汉之侵扰。于是汉朝直到文景时期，仍采用和亲政策。
刘邦晚年宠爱戚姬及其子赵王刘如意，疏远吕后，几次想废黜吕后所生的太子刘盈而立刘如意。张良、叔孙通等大臣皆反对，刘邦仍未打消易储想法。最后，在张良提议请来的“商山四皓”的协助下，刘邦才明确刘盈的地位已经稳固，便不再考虑废立太子一事。
刘邦本来年事已高，在平定英布叛乱时又中了箭伤，到了长安后，病势日益沉重。吕后找来名医诊视，医生入宫后，刘邦询问病情，医生说此病可治，刘邦却大骂道：“我以布衣之身，手持三尺之剑而取天下，这不是天命吗？我的命数在天，即使扁鹊再生，又有什么用处！”说罢，赏赐给医生黄金五十斤，打发他走了。
吕后看着弥留中的刘邦，问他死后人事的安排：“萧相国死后，由谁来接替呢？”刘邦说曹参。吕后问曹参之后是谁，刘邦说：“王陵可以在曹参之后接任，但王陵智谋不足，可以由陈平辅佐。陈平虽然有智谋，但不能决断大事。周勃虽然不擅言谈，但为人忠厚，日后安定刘氏江山肯定是他，用他做太尉吧。”吕后又追问以后怎么办，刘邦说：“以后的事你也不会知道了。”
汉十二年四月二十五日（前195年6月1日），刘邦在长安的长乐宫驾崩，享年六十二岁（一说五十三岁）。葬于长陵（位于今陕西咸阳）。
根据《史记》记载，刘邦死后，群臣议定的庙号是太祖，上尊号为高皇帝，全称为汉太祖高皇帝，简称庙号应该是汉太祖，简称尊号为汉高帝，而不是后世习称的汉高祖。但是《史记·高祖本纪》首称刘邦为高祖。西汉之后的后世之君为了表示对刘邦的尊敬，均尊称呼他为高祖。而班固写的《汉书》文字相同，恐引歧义，将《史记》中的“高祖”换为“帝”。
刘邦自称帝起，在位共八年。在这八年期间，他并不能将汉家天下治理得太平无事，却缓和了汉与匈奴、南越的关系，平定了内部的反叛，铲除了内部潜在的威胁，使当时的政治局势趋向稳定。
刘邦和项羽争天下时，季布和丁公都是项羽手下的大将。季布领兵几次使刘邦受困，丁公也领兵追击过刘邦，但最后放过了他。刘邦称帝后，记恨季布多次把自己逼至窘境，就把他抓了起来。但想到自己也需要他这样的忠臣来辅佐，就不再记仇，不但放了他，还任命他为郎中。
丁公是季布同母异父的弟弟，他听说季布这样给过刘邦难堪的人都能释放做官，他这个曾对刘邦有恩的人就更不用说了。没想到，他却被刘邦抓起来。刘邦对众人说：“丁公做项羽的将领时不忠，就是他这种人使项王丧失了天下。”刘邦下令处死了丁公，还在军中示众，警示大家要做忠臣，不要学丁公。
建立汉朝后，刘邦以文治理天下，征用儒生，诏令天下，广泛求贤。即位的同年，刘邦在雒阳的南宫开庆功宴，宴席上，他总结了自己取胜的原因：“论运筹帷幄之中，决胜于千里之外，我不如张良；论抚慰百姓供应粮草，我又不如萧何；论领兵百万，决战沙场，百战百胜，我不如韩信。可是，我能做到知人善用，发挥他们的才干，这才是我们取胜的真正原因。至于项羽，他只有范增一个人可用，但又对他猜疑，这是他最后失败的原因。”
汉初沿袭秦朝的二十等爵制，用以对军吏及百姓进行激励嘉赏。刘邦称帝后，剖符封功臣。当时诸将互不服气，争功不止，刘邦就没有封侯。一次，在雒阳南宫，刘邦看见众将坐在沙地上不知在说什么，问身边的张良怎么回事，张良说他们在谋反。刘邦问为什么，张良说众人怕刘邦不能全部封赏。刘邦又问怎么办，张良就问他最恨的人是谁，刘邦说是雍齿，因为他功劳大而不忍心杀他。张良听了就让他封雍齿为侯，这样，大家就觉得被刘邦记恨的雍齿都能受封，他们就更不用着急了。
于是，刘邦大摆庆功宴，封雍齿为什方侯，还当场命丞相和御史抓紧时间草拟论功行赏分封的名单。张良的计策果然奏效，众将的心都安定了。当刘邦在位时期，除七位异姓王外，功臣封侯者一百三十七人，与外戚合计，凡一百四十三人。部分封侯者有并列排名的情况，实际封侯数量更多。汉朝的封爵誓词，据《史记》记述，其文曰：“使河如带，泰山若厉。国以永宁，爰及苗裔（即使黄河细得像衣带，泰山消磨的像磨刀石一样小，你们的封国也会永远安宁，让对你们的恩泽延及后代）。”实际上，刘邦着力平定的是威胁中央统治的“王”，真正诛除的“功臣”仅有放任部下违法乱纪，继而被煽动拥兵造反、自立为王的陈豨。其余功臣、宿将，如曹参、周勃、灌婴、夏侯婴、张良、陈平，甚至雍齿、项佗等，大都得到善待，爵位也能被后代承袭。
不过，刘邦也对功臣宿将存猜忌之心。他晚年带病征讨英布时，曾对镇守关中的萧何不放心，萧何后来听从他人建议，霸占百姓田产、自污声名而被下狱，刘邦醒悟后将其释放，专门自比“桀纣”向其道歉。到刘邦病重昏聩时，曾受他人谗言，以为樊哙谋反，担心他助诸吕作乱。后因陈平的妥善处置，樊哙才得幸免。最后萧何、樊哙二人也得以善终。
刘邦接承秦朝的中央集权制和郡县制，也按多年的社会风气沿用了先秦的分封制，将两者结合，实行郡国并行制。他即位之初，重新分封异姓王。这些异姓王统治范围广大。在刘邦、吕后等的谋划下，韩信、陈豨、彭越等诸侯王相继被消灭，只剩下了长沙王吴臣。
汉六年（前201年），他采纳田肯封“亲子弟”的建议，分楚地为二国，以从兄刘贾为荆王，弟刘交为楚王；以子刘肥为齐王，下辖七十余城。英布叛乱后，相继封幼子刘长为淮南王、侄子刘濞为吴王。
汉七年（前200年），娄敬向刘邦建议，将原关东六国的强宗大族和豪杰名家、名门望族十几万人全部迁到关中居住，置于中央控制之下，一方面防备匈奴对关中的觊觎，一方面消除后顾之忧。刘邦予以采纳，于汉九年十一月（前199年）徙齐、楚大族昭氏、屈氏、景氏、怀氏、田氏五姓于关中，赐予田宅之利，又安排他们守长陵，其目的是“强干弱支，非独为奉山园也”，从而确立了西汉王朝的徙陵政策。
通过以上几个方面的“强本弱末”的措施，汉朝的中央集权得到了强化。
在刘邦平定了黥布叛乱回到长安后，萧何提议把上林苑开放，让百姓去耕种，因为上林苑基本上已经荒芜，并不是养兽供皇帝狩猎的地方。刘邦听后恼怒，认为萧何拿了商人的贿赂，所以才替他们说话，借百姓之名为商人牟利，刘邦将萧何关进了监狱，几天后，有大臣问丞相犯了什么罪，刘邦说：“原先李斯做秦国的丞相，凡是功劳都归始皇，不好的事都由自己承担。但丞相萧何却接受了商人的贿赂，替他们求我开放上林苑，收买人心。因此要治他的罪。”通过打击元老功臣萧何，刘邦在削弱相权的同时也加强了皇帝的权力。
刘邦建立汉朝后，打算长久定都在雒阳。娄敬听说后，从山东赶来见刘邦，认为他的得天下和周朝不同，所以不该效仿周朝以雒阳为都，应该到关中定都，这样便可以在秦地固守险地，国家才能长治久安。张良同意娄敬的建议，他说关中是“金城千里，天府之国”，退可守，攻可出。刘邦听后表示同意，很快将都城迁到了长安。
在平定天下后，刘邦取消秦朝严苛繁琐的法律，以“简易”为主修律。他命萧何参照秦朝法律“取其宜于时者，作律九章”，即“汉律九章”。这是在战国时期李悝所制订的《法经》六篇（盗法、贼法、网法、捕法、杂法、具法）基础上补充了户律（户口管理、婚姻制度和赋税征收）、兴律（主要规定征发徭役、城防守备）和厩律（主要规定牛马畜牧和驿传方面），一般所说的汉律就是指《九章律》。
同时，刘邦重用叔孙通“起朝仪”。叔孙通从鲁地征集三十人，加上刘邦左右的学者及其弟子百余人，参照秦仪，制订了一套适合当时形势需要的政治礼仪制度，撰写了《汉仪十二篇》《汉礼度》《律令傍章十八篇》等仪法法令方面的专着。这些措施，对汉朝的建立和巩固起了重要作用。汉七年（前200年），长乐宫成，诸侯群臣朝贺，起用新定朝仪。自诸侯王以下，莫不振恐肃敬。刘邦见上下尊卑有序，不禁感叹道：“吾乃今日知为皇帝之贵也。”
刘邦是以布衣之身亲征定鼎的“马上皇帝”，最早以“马上得天下”自称。《汉书》记载，刘邦从起义开始，统率各路雄杰俊才，三年内灭亡秦朝，五年内东克项羽，八年内扫平天下。此后余生致力于处置异姓诸侯王、巩固大一统。其一生征战大致可分为三个阶段：
1反秦战争时期；
2楚汉战争时期；
3削平异姓王时期（含征讨韩王信、陈豨等人时对匈奴作战）
历史评价
郦食其：“收天下之兵，立诸侯之后。降城即以侯其将，得赂即以分其士，与天下同其利，豪英贤才皆乐为之用。”（《史记》引）
魏豹：“汉王慢而侮人，骂詈诸侯群臣如骂奴耳，非有上下礼节也。”（《史记》引）
高起、王陵：“陛下慢而侮人，项羽仁而爱人。然陛下使人攻城略地，所降下者因以予之，与天下同利也。”（《史记》引）
韩信：“陛下不能将兵，而善将将，此乃言之所以为陛下禽也。且陛下所谓天授，非人力也。”
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