项羽看时机成熟，下令第二天拂晓从西向东进攻汉军。奇袭使战局超乎寻常的顺利，3万人打败了56万人，汉军溃败，被杀十余万人。随后项羽率军追击，汉军则一路溃逃，被楚军挤压，“汉卒十余万人皆入睢水，睢水为之不流”。刘邦本人也差点被擒。刘邦收拾败兵残将，一路西逃，“至荥阳，诸败军皆会”，“萧何亦发关中老弱未傅悉诣荥阳，复大振”。楚军自彭城追来，与汉军在古荥南边京水与索须河之间(约在今郑州大学新校区到连霍高速一带)交战，汉军击败了楚军，于是双方在荥阳故城下形成僵持。秦并六国，曾把荥阳当成东方门户;刘邦在彭城战败，部下不约而同都逃到荥阳，足以说明在他们的心目中，荥阳仍是东进与项羽作战的门户。

　　荥阳是天下水运枢纽，在荥阳作战，双方都便于转运粮草。萧何从关中筹集的军粮，通过黄河，可以转漕荥阳;而项羽在彭城筹集的军粮，也可通过鸿沟的分支睢水、获水转漕荥阳。双方能在荥阳一带僵持四年之久，正是因为都得到了漕运 支持，各自大后方的军粮，通过水路源源不断地运到前线。楚汉各有数十万人马，如果没有足够的水运能力，双方不可能在荥阳僵持四年之久。在荥阳形成的僵局，只有一种可能被打破：谁的后勤供应链断裂，谁就将支撑不下去。

　　敖仓位于鸿沟和济水(在这段是一个河道)从黄河分流的地方。秦朝时期，济水流域和江淮之间，是中国最重要的产粮区，秦朝将这些地区的粮食大量漕运到关中。由济水和鸿沟运来的粮食，进入黄河时要换船运输，秦人就建立了这个敖仓储粮。这个粮仓储量惊人，直到楚汉相争时，仓中的粮食仍不可计数。敖仓是因为建在敖山上而得名。《水经注》说：“济水又东经敖仓北，其山上有城，即仲丁所迁，秦置敖仓其中，故曰敖仓。”其位置，在广武山北，今天已是黄河河道。

　　刘邦从彭城败退到荥阳时，修了条甬道，从城内越过广武山，直达黄河边的敖仓，用这个办法获得粮食。靠着敖仓的粮食，刘邦与项羽对峙了一年多。项羽看出门道后，频频派人绕道侵夺甬道，断了刘邦的粮食供应，不久刘邦就支持不下去，派纪信扮成自己，谎称要出降，引导楚军都去东门观看，他带着几十个人从西门仓皇逃走。后来刘邦又坚守成皋，项羽进兵攻击，打得刘邦出北门过黄河逃到修武。此时荥阳、成皋、敖仓，尽入项羽囊中。

　　奇怪的是，项羽似乎不太看重敖仓，他竟然没派人固守这么重要的地方。无论如何，这都是项羽的一大失误，不过也说明一点，尽管长期在荥阳作战，项羽的部队并不缺粮，他身后的鸿沟水系，大约为他运来了充足的军粮。不过，项羽的麻烦在于两线作战。刘邦身后的关中和漕运很稳定，项羽身后的彭城和漕运却屡屡被攻击。占领成皋后，彭越频频在项羽的后方捣乱，项羽只好“东击破之，走彭越”。刘邦乘机引兵南渡黄河，“复取成皋，军广武”，并再次占据了敖仓。与项羽再度形成相持。

　　可以说，荥阳之战，帮刘邦最大的是彭越。此人“数反梁地，绝楚粮食”，令项羽十分头疼，他既无奈深沟壁垒、坚守不战的刘邦，又杀不绝后方捣乱的彭越，两线作战，渐感吃力。他烹刘邦父亲、约刘邦单挑的举动，都是在这个时期，这些故事，透露着楚霸王的万般无奈。楚汉相持不下，双方其实都在苦苦支撑，“丁壮苦军旅，老弱罢(疲)转漕”。但刘邦占据了敖仓，后方通过漕运又安然无忧;而项羽后方的运粮船、粮仓，频频被彭越、刘贾抢掠烧毁。于是，项羽一方先坚持不下去。“是时，汉兵盛食多，项王兵罢食绝。”

　　刘邦乘机派人前去游说，与项羽约定“中分天下”，“割鸿沟以西者为汉，鸿沟而东者为楚。” 定约后，项羽引兵东归。刘邦本来也想引兵西归，张良、陈平劝他：“汉有天下太半，而诸侯皆附之。楚兵罢食尽，此天亡楚之时也，不如因其机而遂取之。今释弗击，此所谓'养虎自遗患'也。”于是刘邦率兵东进，会合韩信、英布等，将项羽围于垓下。