汉王三年(公元前204年)九月，项羽亲率大军东征彭越，刘邦趁机派郦食其前往齐国劝降。与此同时，韩信也按照刘邦之命率兵东进，准备攻打齐国。
当韩信到达平原(今山东平原南)时，齐王田广听从郦食其的劝说，背楚降汉，于是韩信就想停止前进。时值齐国说客蒯通来投，对韩信说：“将军奉汉王之命去攻齐，今汉王又暗中派人去劝降，既无汉王命令，将军怎能按兵不动呢？再说郦食其仅凭三寸不烂之舌就说降了齐国70多座城池，而将军数万人马征战一年，才攻下赵国50多座城池。你一个堂堂大将军，尚不及一白面书生吗？”一席话终于使韩信下了最后的决心，于是下令大军渡河，继续向齐地迸发。
齐王田广听从郦食其劝降之后，对韩信的行动毫无戒备，天天同郦食其饮酒作乐。汉四年十月，韩信率大军突袭齐国在历下(今山东济南西)的守军，直逼齐国都城临淄(今山东淄博)。齐王以为受了骗，一怒之下将郦食其烹死在油锅里。之后，勿忙领兵逃到高密(今山东高密西南)，同时派人向项羽求援。项羽立即派大将尤且率军20万，与齐王会合，齐、楚联军准备迎战韩信。
尤且手下谋士献计说：“汉军长途奔袭，远斗穷战，锐不可挡；齐军在本土作战，牵挂家室，容易溃散。因此，最好的办法是令军士挖沟筑垒，让那些已丢失了城邑的人知道齐王还在，楚王发了救兵，这样他们就会纷纷起兵反攻韩信。汉军处处受敌，断绝给养，定会不战自退。”尤且不以为然，他有自己的算盘。此番率军前来，名为救齐，实则是想趁机夺占齐地。他对其心腹说：“我军此番前来是为了救齐，如汉军不战而降，我还有什么功劳呢？现在我战而胜之，齐国大半疆土岂不垂手可得？”但是，尤且做梦也没有想到，韩信正连夜为这位骄傲的将军准备墓地。几天以后，两军在潍河两岸摆开阵势，尤且在河东，韩信在河西，准备交战。
韩信仔细观察战场地形，决定再用水战破敌。他连夜秘密派人装满1万多个沙袋，将潍水上游堵起来，这样下游河水变浅了。次日上午，韩信率军过河进攻尤且。尤且见状，毫不示弱。亲率大军迎敌。双方未战几合，韩信佯败退兵。尤且不知是计，以为汉军无能，得意地说：“我早知道韩信胆小。”于是，传令全军渡河追赶，想一举消灭韩信。当齐、楚联军刚刚冲到河心，韩信暗令埋伏在上游的汉军扒开沙袋，飞奔而下的大水将正在渡河的齐、楚联军截为两段，被大水卷走的士兵不计其数。韩信回兵掩杀过去，一举全歼了已过河的齐、楚联军，齐王逃跑，尤且战死，留在东岸尚未渡河的齐、楚联军见主帅已死，纷纷弃甲曳兵，落荒而逃。就这样，汉军一举占领了齐国全境。
韩信平定齐国，楚汉之间已势均力敌，谁胜谁负，韩信起着举足轻重的作用。刘邦为争取韩信，采纳张良、陈平的建议，封韩信为齐王。项羽也派说客武涉往见韩信，劝韩信绝汉和楚，三分天下，为一方之主。韩信义正辞严地说：“臣侍项王，官不过郎中，位不过执戟 (执戟侍卫)，言不听，画(谋划)不用，故背楚而归汉。汉王授我上将军印，予我数万众，解衣衣我，推食食我，言听计用，故吾得以至于此。夫人深亲信我，我背之不祥，虽死不易。”使者回禀项羽，项羽叹口气道：“想不到韩信这个跨下小儿，居然如此忠信，悔当初未能重用他！”
韩信连克魏、代、赵、燕、齐五国，占领了长城以南、黄河以北和山东的大部分地区，取得了北面战场的全部胜利，完成了对成皋楚军的战略包围，有力地支持了刘邦在正面战场上的作战，为刘汉政权的最后胜利奠定了坚实的基础。在对魏、赵、齐的作战中，韩信因宜用兵，根据不同的情况，分别采取了声东击西、背水列阵和断水塞流的战法，显示了这位历史名将善于先计后战和出奇制胜的作战特点。
