七月，韩信派曹参率领大军沿汉水向西猛攻下辫县（今甘肃成县），另一路汉军由樊哙率领，朝西县（今甘肃陇南盐官）和上邽（今甘肃省天水市清水县）方向突击。军情像雪片似地飞向废丘（今西安市长安区）。
章邯得到战报，随即陷入沉思。难道汉军要舍近求远走祁山道，从陇西沿渭水南下吗？难道汉军不知道只要章邯利用陇山设置防线，汉军就难以逾越这道屏障吗？章邯揣测这一定是汉军声东击西的阴谋。
于是章邯下令，让陇西郡军向西县、上邽集结，阻挡住汉军的进攻。为防不测，他还抽调北地郡军向陇西靠拢，以便随时增援。不过，章邯还是将主力集结在首都废丘一带，密切注视陈仓和子午道出口的杜县（今西安市雁塔区），准备随时应对汉军的主攻方向。
八月，樊哙加强在西县的攻势，一举歼灭了西县部署在白水（甘肃天水）的雍军。章邯收到战报，不予理会。他眼睛始终盯着陈仓和子午道。目前为止，狡黠的章邯仍然没有犯错。
但很快，子午道的军情陆续到来。探子来报，已经发现汉军精锐出没在子午道一带。很快，司马欣的使者到废丘向章邯报告，汉军先锋灌婴已经攻占了子午口。大量汉军源源不断出现在子午线的栈道上，杜县进入危急状态。
章邯终于笑了，汉王啊汉王，你拜一个乳臭未干的韩信作大将，也不过如此嘛。
章邯下令，废丘主力全部集结，随自己前往杜县，他要将汉军牢牢堵死在子午道上。
正当章邯走到半途时，陈仓方向也传来战报，说汉军正在攻打陈仓道口的故道县（陕西凤县双石铺乡），守军请求支援。章邯微微一笑，只是下令雍城和陈仓的守军增援故道县，他继续带领主力向东增援子午线方向。
章邯一路行军，军报一路不断。渐渐地越来越多的军报让他产生了怀疑。先是陇西方向传来的军报，说汉军已经被打退，目前固守西县和下辨一带，这个不出章邯的意料。后来，陈仓方向来的军报说，汉军已经出了陈仓道，攻占了故道县，章邯有些不敢相信。但很快又来了军报说，汉军渡过渭水，包围了陈仓，汉军中有汉王和大将韩信的将旗。
这时，章邯如梦初醒，他两腿发软，大呼上了韩信小儿的当了。于是，紧急命令大军调转方向，向陈仓方向疾驰而去。
等章邯赶到陈仓时，陈仓已经沦陷。韩信在陈仓和雍城组织起一道防线，专等章邯的到来。两军在关中西部一带举行一场大规模会战。章邯试图把汉军抵挡在关外，汉军则一心想要歼灭章邯有生力量，占领关中。
章邯的军阵刚刚到陈仓，汉军先锋将领樊哙，已经杀来了过来！章邯仓皇迎战，其兵力又不及汉军强大，再加章邯的部下，都是关中子弟，本来就对他心怀怨恨，而对汉王刘邦却很有好感，在这种兵力以及人心向背的情况下，章邯的军队终于崩溃，章邯只好从陈仓撤退，逃回废丘。
章邯的弟弟章平则领着手下部队退守好畤（今陕西乾县东部），兄弟两人分守两座城，相互成掎角之势。
章邯从陈仓战败东撤，韩信命令先锋曹参、樊哙追击章邯弟弟章平所率军队。在好畤县南，再次重创章平军。然后将好時县城四面围困。周勃也受命赶往好畤参加围攻。
汉军在韩信率领下，尾随章邯，直接威胁废丘。塞王司马欣派其将军赵贲等人领兵赶来废丘援助章邯，翟王董翳则亲自率主力军队赶赴废丘。章邯得到二王的支援，士气大振，从废丘出兵沿渭水北岸西进，与韩信在壤东（今陕西武功县东南）一带发生大战。韩信见章邯军力大增，急忙调正在围攻好畤的曹参、樊哙军队前来助阵。曹参和樊哙到后，三秦的军队再次被击溃，无奈章邯只好再次退守废丘。
韩信随即又令曹参、樊哙率领所部，重返好畤，与周勃的军队协同进攻。又是樊哙，他率先登上城头。汉军黑压压一片翻过城墙，冲入好畤，章平眼看大势已去，只好弃城逃跑了。
韩信让樊哙率其部下，将废丘牢牢围住，不能让章邯冲出包围。同时他果断地派兵四处略地，扩大战果。曹参、周勃、灌婴、郦商等汉将，受命分头进兵夺取各地关卡重镇。
曹参率军进攻咸阳，守将赵贲等据城死守，最终无法抵御汉军，咸阳被曹参攻破。
曹参率军继续进驻景陵县时，塞王司马欣派出军队，与章平配合作战，向景陵发起了猛烈进攻。曹参苦战数日，击退塞王司马欣。章平又在漆县（今陕西彬县西）向追来的汉军发起反攻。曹参所部屡经苦战，渐渐有所不支。
韩信立即命令周勃率精锐军队，从咸阳出发，向西北方向疾进，驰援曹参。正在曹参快要撑不住时，周勃的军队神兵天降，出现在漆县战场上。汉军内外击，将三秦联军击溃。漆县之战后，周勃则继续进兵，他先后平定了汗县（今陕西陇县）、郡县（今陕西眉县东）、频阳（今陕西富平县东北）等地，再率军回围废丘。
灌婴在子午口一带见韩信得手，率军如下山猛虎进逼塞国都城栎阳（今陕西省临潼东北），塞军主力已倾巢而出驰援雍王，未料到汉军突然兵临城下，无力交战，只好出城投降。
郦商所部在攻克北地郡郡城（今甘肃庆阳西南）时，俘虏了雍将章平。
靳歙所部击败了驻守陇西的雍军，平定了陇西六县之地。
汉军继续分道进兵，翟王董翳见大势已去，只好出城投降了。
至此，关中地区，除了困守废丘的章邯还在苦苦支撑之外，其他地区，都被汉军所平定。
汉军于八月发兵入关中，至次年一月平关陇，一共耗时六个月的时间。
汉王攻占关中时，搅局的人越来越多，燕国也出事了。
由于燕将臧荼率其部众随同项羽救援赵国，立有战功，并随从项羽攻入关中。所以，臧荼被项羽封为燕王。原来的燕王韩广，则被改封为辽东王。八月，臧荼回到封国后，便驱赶韩广去辽东。韩广却一百个不愿意，臧荼于是在无终（今天津蓟县）攻打并杀死了韩广，吞并了辽东。
