早年经历
刘邦性格豪爽，不太喜欢读书，但对人很宽容。他也不喜欢下地劳动，所以常被父亲训斥为“无赖”，说他不如自己的哥哥会经营，但刘邦依然我行我素。刘邦长大后做了泗水的亭长(亭长是管十里以内的小官)，时间长了，和县里的官吏们混得很熟，在当地也小有名气。刘邦的心胸很大，在一次送服役的人去咸阳的路上，碰到秦始皇大队人马出巡，远远看去，秦始皇坐在装饰精美华丽的车上威风八面，羡慕得他脱口而出“大丈夫就应该像这样啊！”
日后在统一天下之后，刘邦还拿这个事情和刘太公开玩笑：“您看我和刘仲（刘邦的哥哥）到底谁创下的基业大？”
娶妻吕雉
吕雉刘邦的妻子是吕公的女儿吕氏，名叫吕雉。吕公和家乡的人结下冤仇后来到了沛县定居，因为沛县当时的县令和他是好友。在刚刚到沛县时，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县主簿的萧何，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。刘邦根本不管这些，虽然他没有带一个钱去，他却对负责传信的人说：“我出贺钱一万！”吕公听说了，赶忙出来亲自迎接他。一见刘邦器宇轩昂，与众不同，就非常喜欢，请入上席就坐。这次刘邦不但白吃一顿饭，酒足饭饱之后，吕公又将他盛情留下，提出将自己的女儿嫁给他为妻。刘邦巴不得成这门亲事，征得父母同意之后，便和吕氏结了婚，这就是以后历史上有名的吕后。汉惠帝刘盈就是她和刘邦的儿子，还有一个孩子就是鲁元公主，她嫁给了张敖。
起兵反秦
斩断白蛇
刘邦斩蛇碑刘邦斩蛇像刘邦以亭长的身份为沛县押送徒役去骊山，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，所以走到丰西大泽中时，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。刘邦乘着酒意，夜里抄小路通过沼泽地，让一个在前边先走。走在前边的人回来报告说：“前边有条大蛇挡在路上，还是回去罢。”刘邦已醉，说：“大丈夫走路，有什么可怕的！”于是赶到前面，拔剑去斩大蛇。大蛇被斩成两截，道路打开了，继续往前走了几里，醉得厉害了，就躺倒在地上，后边的人来到斩蛇的地方，看见有一老妇在暗夜中哭泣。有人问她为什么哭，老妇人说：“有人杀了我的孩子，我在哭他。”有人问：“你的孩子为什么被杀呢？”老妇说：“我的孩子是白帝之子，变化成蛇，挡在道路中间，如今被赤帝之子杀了，我就是为这个哭啊。”众人以为老妇人是在说谎，正要打她，老妇人却忽然不见了。后面的人赶上了刘邦，刘邦醒了。那些人把刚才的事告诉了刘邦，刘邦心中暗暗高兴，更加自负。那些追随他的人也渐渐地畏惧他了。
沛公起兵
在公元前209年，秦末农民起义爆发，陈胜、吴广率领起义军攻占了陈（现在河南淮阳）以后，陈胜建立了“张楚”政权，和秦朝公开对立。这时，沛县的县令也想响应来继续掌握沛县的政权，萧何和曹参当时都是县令手下的主要官吏，他们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，便让刘邦的挚友樊哙把刘邦找回来，刘邦便带人往回赶。这边的县令却又后悔了，害怕刘邦回来不好控制，弄不好还会被刘邦所杀，等于是引狼入室。所以，他命令将城门关闭，还准备捉拿萧何和曹参。萧何和曹参闻讯赶忙逃到了城外，刘邦将信射进城中，鼓动城中的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，又推举他为沛公，领导大家起事。刘邦便顺从民意，设祭坛，自称赤帝的儿子，领导民众举起了反秦大旗。这一年已经是前209年10月，刘邦已经有48岁了。秦末农民战争中还有一支强大的力量，这就是原来楚国贵族的后代项籍和叔父项梁，他们在吴中（现在江苏的吴市）起兵，兵力很快达到了近万人。在项梁死后，项羽决定和刘邦一起西进关中。
开始时，刘邦也不太顺利，但经过几次战役，刘邦步步西进，大破秦兵。
公元前207年12月，刘邦率大军到达了咸阳东边不远处的灞上（今陕西省西安市东），秦王子婴见大势已去，只得献城投降，将玉玺亲手交给了刘邦，秦国至此灭亡，共立国15年，47天。
立足关中刘邦很得意地进入了咸阳城，以“关中王”自居。看着富丽堂皇的宫殿，刘邦有些留恋起来，准备就此住下，享受享受。樊哙劝他注意天下还没有平定，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，刘邦将军队撤退到了灞上。
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，伤人及盗抵罪。其他秦朝的苛刻法制一律废除，这使他得到了民心支持。
项羽在打败章邯，迫使他投降之后，也领兵直奔关中而来。范增劝他趁机除掉刘邦这个对手，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强大的项羽相抗衡，他只有十万军队，不可能战胜项羽的四十万精兵。最后是项羽的叔叔项伯“救”了刘邦：项伯和刘邦的谋士张良很要好，见项羽要进攻了，便连夜潜入营中找到张良，让他赶紧走，以免被杀。张良却说不能丢下刘邦，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。
刘邦依计约到项伯，说明自己并无称王野心，并于项伯约成儿女亲家。项伯当天夜里就返回了军营，他对项羽说：“因为沛公先行进入关中，为我们扫除了入关的障碍，我们这才能顺利地通过函谷关，沛公是有功劳的人，我们不应该猜疑他，应该真诚相待。”项羽听了，便决定不再进攻刘邦。
第二天，刘邦来到了项羽的军营，只带了樊哙、张良和一百名精锐亲兵。到了项羽的大帐鸿门，当面向迎接他的项羽赔礼道歉。项羽请刘邦入内赴宴，项羽的亚父范增，一直主张杀掉刘邦，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，没有成功。这就是成语“项庄舞剑，意在沛公”的由来。后来刘邦借故离开，回到了大营。
在鸿门宴上，刘邦表现出现了极高的沉着与冷静。能够全身而退，除了张良、项伯、樊哙的力保之外，关键是刘邦的冷静与沉着。
鸿门宴之后，项羽便领兵西进，分封各路将军为王，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（现在的陕西南郑）。项羽自己称为西楚霸王，掌握军队最高统帅权。楚怀王熊心被尊为义帝。
楚汉相争
会战项羽
公元前207年12月，刘邦灭秦后在关中称王。公元前206年1月，项籍挥军破函谷关，想消灭刘邦军。刘邦自知不敌，亲赴鸿门(今陕西临潼东北)谢罪。不久，项籍入咸阳，烧阿房宫、杀秦王子婴。春，项籍表面上尊楚怀王为义帝，实际却将其发配到了江南，自立为西楚霸王，定都彭城(今江苏省徐州市)，同时分封18诸侯，封刘邦为汉王，领巴蜀及汉中地，并故意封秦降将章邯、司马欣、董翳(意)为雍王、塞王、翟王，领关中地，以扼制刘邦。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(用木板架在悬崖上铺成的道路)，表示再也无意出兵，以麻痹项籍。项羽亦率军东归。6、7月，齐国贵族后裔田荣不满分封，赶走齐王，杀胶东王，自立为齐王。刘邦乘乱重返关中，击败章邯，迫降司马欣、董翳，并用计欺骗项籍，使其相信自己取得关中后已心满意足，再也不会东进了。项籍放心去攻打田荣，对西边没有加强防范。11月，刘邦挥军东出，拜韩信为大将，明修栈道，暗渡陈仓(今陕西省宝鸡市东)，名为义帝发丧，派人联络诸侯，公开声讨项籍，拉开了4年楚汉战争的序幕。
初战彭城
公元前205年5月，刘邦乘项籍在齐国停留的机会，率领诸侯联军56万一举攻占彭城。项羽闻之，急率轻骑兵3万奔袭，歼联军30余万，刘邦仅率数十骑逃脱，反楚联盟瓦解。
争夺成皋
同年6月，刘邦到达荥阳，击败了楚追兵，得以端息，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，刘邦派兵攻废丘，迫章邯自杀，解除了后顾之忧；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，攻魏俘魏王豹，破代，灭赵杀陈余。公元前205年冬，项羽发动反攻，围困荥阳，形势十分危急。刘邦用陈平反间计，使项羽怀疑范增，不用其谋，迫使范增怒而归乡。刘邦又派纪信装扮成自己去楚军诈降，乘机逃出荥阳。项籍加紧围攻荥阳，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(今河南南阳)、叶(今叶县南)，想引诱项籍南下。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)。项籍被迫率军回救，刘邦乘机收复成皋。公元前204年7月，项籍以凌厉攻势拔荥阳，再夺成皋。
霸王别姬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雎阳(今河南商丘南)、外黄等地，再次迫使项羽回救。公元前204年11月，刘邦用计再次收复成皋。
项籍在击败彭越后，寻汉军主力决战不成，屯兵广武(今荥阳北)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。项籍腹背受敌，兵疲粮尽，遂与汉订盟，以鸿沟为界，中分天下，东归楚，西归汉。公元前203年10月，项籍引兵东归。
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。公元前203年11月，两军战于固陵(今淮阳西北)，项羽小胜。公元前202年1月，刘邦以封赏笼络韩信、彭越、黥布等，垓下一战重创楚军，逼项籍自刎于乌江(今安徽省和县境)，终于结束了为期4年的楚汉战争。
四面楚歌
公元前202年1月，刘邦、韩信、刘贾、彭越、英布等各路汉军约计70万人与10万久战疲劳的楚军于垓下展开决战。汉军以韩信率军居中，将军孔熙为左翼、陈贺为右翼，刘邦率部跟进，将军周勃断后。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，阵亡四万余，被俘两万，被打散两万，仅剩不到两万伤兵随项羽退回阵中。后楚军退入壁垒坚守，被汉军重重包围。楚军兵疲食尽。韩信命汉军士卒夜唱楚歌，歌云：“人心都向楚，天下已属刘；韩信屯垓下，要斩霸王头！”。致使楚军士卒思乡厌战，军心瓦解，项羽只有率800人突围至乌江（今安徽省和县境），这时项羽身边只剩下26骑了，一亭长愿带项羽逃至江东重振霸业，遭项羽拒绝。项羽带着26骑大战汉军，最后全军覆没，项羽不愿被俘受辱，于是在乌江自刭而死。刘邦于是还至定陶，驰入韩信军中，收夺了他的兵权，后改封韩信为楚王，都下邳（今江苏邳州市东）。
称帝建汉
在公元前202年2月，刘邦兑现了先前的诺言，封韩信为楚王，彭越为越王。受封的韩信和彭越联合原来的燕王臧荼、赵王张敖以及长沙王吴芮共同上书刘邦，请他即位称帝。刘邦开始假意推辞，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。”刘邦顺水推舟地说：“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。”
公元前202年2月28日，刘邦在山东定陶汜水之阳举行登极大典，定国号为汉。
即位的同年6月，刘邦在洛阳的南宫开庆功宴，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。”刘邦的总结确实说对了，战争的胜败，人的因素总是最重要的。
后来，刘邦迁都长安是因为一个叫娄敬（因被赐姓刘，又称刘敬）的士卒的提醒，娄敬从山东赶来见刘邦，说刘邦得天下和先前的周朝不一样，所以不应该像周朝那样以洛阳为都城，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。刘邦听了表示同意，于是很快将都城迁到了长安。
