公元前203年9月，項羽拔營東歸，向彭城方向移動。這年10月，劉邦的軍隊會同韓信、英布、彭越等各路諸侯的軍隊共30萬大軍在固陵會師。韓信被劉邦任命為總統帥，負責全權指揮對于項羽的合圍戰略。這一年的12月，漢軍終于將項羽和他的10萬大軍圍困于垓下。

一開始，項羽還想憑借10萬之眾作拼死一搏。但是，韓信可不是項羽的老對手劉邦，韓信用兵謀略遠在劉邦之上。韓信把30萬人馬分成10隊，布置了十面埋伏陣，把項羽團團圍住。項羽憑借血氣之勇，多次沖擊韓信的正面陣地，但韓信每次都將中軍稍稍后退，避開楚軍銳氣，而將兩翼展開，實行側面攻擊。項羽的多次突圍，每次都迅疾如電，勢不可擋，但每次在韓信的周密部署下無不功敗垂成，最后不得不退入大營，堅壁自守。到了夜晚，韓信令漢軍四面唱起楚歌，項羽聽了，暗暗吃驚：“難道漢軍已經全部占領了楚國，為什么漢軍里有那么多楚人呢？”楚軍將士也被這歌聲勾起了思鄉之情，無心再戰，紛紛逃散，一夜之間，項羽身邊只剩下千余人。英雄末路的項羽再突圍至長江西岸的烏江亭時，前有江水，后有追兵，感到無顏再見江東父老，于是在心灰意冷之下拔劍自刎。楚漢相爭最終以劉邦的勝利而宣告結束，劉邦如愿以償地做了漢朝的開國皇帝。項羽既死，韓信的悲劇也就開始了。對于劉邦來說，最重要的是要剝奪韓信的軍權，這是一刻也不能停留的大事。所以，項羽一死，劉邦就帶上夏侯嬰等親信，向他索還兵權。

 劉邦開門見山地對韓信說：“將軍的功勞很大，我的確忘不了你。但是，如今天下已經太平，如果軍隊還由你來統帥，對你沒有什么好處，別人還可能會因此發生誤會和嫉妒。如果有什么誤會，叫我怎么對得起你呢？”韓信聽劉邦這么說，也感到無可奈何。韓信手下的步兵主要由曹參指揮，騎兵主要有灌嬰指揮，主要將領傅寬、靳歙等也是劉邦的親信。所以，劉邦沒有怎么費力就奪回了兵權。因為韓信在齊時間比較長，也有一定的威信，劉邦的第二個動作是迫使韓信離開齊地，免得日后韓信根基深厚了難以對付。劉邦聽取了張良的意見，改封韓信為楚王，而把齊地封給兒子劉肥，讓曹參做齊相。劉邦出手之快，令韓信根本無從防備，但軍權已經失去，也不敢違抗劉邦的命令。況且韓信是個政治上短視的人，他覺得自己是楚人，楚國的封地范圍也不小，在自己老家當王，衣錦還鄉的感覺也不錯。

所以對于劉邦的小動作，韓信雖然心里不是太舒服，但還是很坦然地配合。從此，韓信就離開了齊國，來到楚地擔任楚王。韓信來到楚都下邳，找到從前給自己飯吃的老婦人，贈送給她一大筆錢。又找到自己年輕時蹭飯吃的亭長，說：“你真是個小人啊，做好事不能堅持到底。”隨后，賞賜給他們一百個銅錢。亭長夫婦看著手中一百個銅錢，真是后悔莫及。

后來，韓信把當初強迫他鉆褲襠的屠戶也找來。那家伙被帶來王府時嚇得要命，兩眼不敢正視韓信，以為韓信要殺他。韓信笑著說：“我干嗎要殺你呢？我要殺你當初就殺了，任意殺人是有罪的，我只不過是留下自己這條命做點大事罷了。”這個屠戶沒有被殺，反而被韓信任命為捕盜的小官。