自汉王元年五月（前206年）始，刘邦就开始为夺回关中而布局。
他的做法是声东击西。
他搞出很大的阵仗去修建秦岭以东的武关的三条古道：子午道、褒斜道和傥骆道，又悄悄派出曹参和樊哙为先锋，携小队轻骑兵分头行动，曹参沿陈仓道拿下了下辩。再以下辩为据点，令樊哙攻打祁山道往西的陇西郡、西县，同时又派出曹参从下辩东折，原路返回陈仓道，攻占故道县。
这两队人马虽少，但是阵仗颇大，武关上有汉军日夜驻守，散关又有汉骑四面八方而来，颇有一种汉军已经攻下了秦岭，正要杀入关中的错觉。
刘邦就是要给章邯这样的错觉。
当时章邯在渭水南岸陈兵布武，守着陈仓道通往关中的出口。章邯主打一个敌动我不动，任由汉军把散关一带的郡县打得落花流水，死守着陈仓纹丝不动。
曹参、樊哙两人的轻骑兵花了十余日收复了散关四近，刘邦也收编了一些秦人入伍。然而陈仓至关中的小小通道被章邯大军堵住，汉军的大部队始终出不去。
眼见陈仓难攻，刘邦打算班师，沿武关攻入关中。在东行的路上，有个叫赵衍的小兵，不经意间观察到陈仓道和渭水的走势相同：这条蜿蜒故道竟是渭水自西北向东南行进过程中冲击秦岭山脉形成的。
赵衍连忙把这个发现告诉了刘邦，刘邦不敢怠慢，亲临陈仓道，前来验证这个消息。他命士兵沿陈仓道列队，在渭河上游掷杯，很快就有士兵捡到了杯子。
刘邦大喜过望，重整旗鼓，弃车登船，横渡渭河。
章邯大军正面对着山谷，背面对着渭河，守着陈仓一动也不敢动。他们根本想象不到被困在山谷里的汉军会绕到自己的背面，从渭河杀过来。
汉军训练有素，装备精良，打的又是章邯大军的屁股，一下子把章邯大军打得落花流水，四处惊逃，时为汉王元年七月底（前206年）。
与此同时，刘邦遣使命曹参、樊哙前来会师。樊哙率领的骑兵沿陈仓道冲开山谷，杀入章邯大军，莫不以一当十，十分勇武。
当时章邯被封为雍王，占据着三秦之地的最西。不巧的是刘邦自西入关中，第一个就要拿章邯大军开刀。
章邯的军队除了他自己的两万名嫡系之外，剩下的都是秦人。章邯身为秦将，投降了楚人项籍，有一部分秦人是恨他的。而这个项籍又杀了秦国最后的王，还焚烧了咸阳城，秦人无一不恨项籍。
而刘邦在关中时，废秦律，免徭役，约法三章，关中父老心中向着刘邦。
这时章邯打了败仗，他手下的很多秦人主动就归顺了刘邦。
是以刘邦激战之后清点了战损，麾下仍有五万余精兵。
章邯败逃后，逃至雍县。章邯派出车骑大军，拦住汉军的去路。
樊哙与章邯的车骑大军展开血战，大战三天两夜，杀得章邯片甲不留。
就在樊哙要进入雍县时，一旁观战的曹参跳了出来，和樊哙携手进入雍县，平分了樊哙的战功。
刘邦称帝后统计战功，曹参的战功显著高于其他功臣，一方面曹参作战勇猛，另一方面也和曹参心思慎密，善于观战，适当时机跳出来分别人的功劳有关。
曹参就是如此文武双全，最后获封万户侯。而那些作战勇猛的将领们，计算战功时没有一个能比得上曹参，是以众人都对他心服口服！
至此，雍县失守，刘邦自西向东占据了章邯的半个雍国。
秦人本就怨恨项籍，轻视章邯、司马欣、董翳三人，是以且战且降，刘邦喜不自禁。
陈仓一战后，章邯损失惨重，率军急渡杜水，令弟弟章平固守好畤，而自己固守国都废丘。
刘邦以曹参樊哙联军为先锋，攻占了斄县。然后北上攻打好畤，章平出城，和曹参正面交锋，两军相持不下。樊哙带兵攻打好畤，未克。于是曹参、樊哙二人率军包围好畤，章平闭城不出。
董翳和司马欣集结人马，西行增援章邯，三秦联军在壤乡以东会和。刘邦亲率大军，与三秦联军正面交锋，大败三秦联军，占据了壤乡。
大败三秦联军后，刘邦回师围攻好畤，章平奋起反抗，双方损失惨重，刘邦帐下的纪成战死。周勃率先攻入好畤，章平败逃。刘邦绕过废丘，向东直取咸阳，打败赵贲、内史保等人。
此前项羽在咸阳烧杀抢掠，国都里十室九空，乌烟瘴气。这时听说汉王回来了，咸阳四近的秦人们奔走相告，扶老携幼前来欢迎刘邦。为报国恨家仇，青壮年男子纷纷投军。
秦人甲：“项籍贼人，与我有不共戴天之仇。”
汉军：“壮士里面请。”
秦人乙：“我要杀了项籍。”
汉军：“壮士，请在此处画押。”
秦人从众叕：“我们要杀了项籍。”
汉军：“咳咳，不要激动，不要挤，请有序排队。”
刘邦率军包围雍丘，派遣灌婴、郦商、靳歙三人分别率军去夺取土地。
灌婴攻下了栎阳，塞王司马欣率众投降。于是灌婴班师回府，围攻废丘。
郦商率军攻占北地和上郡，收复了雍地，命令手下周类驻军栒邑，苏驵驻军泥阳。
靳歙向西追击章平的残军，在陇西大破章平军队，收复了陇西六县。
趁着汉军主力围攻废丘，三秦联军反攻咸阳。曹参并不是猛将，根本挡不住来势汹汹的三秦联军。然而他对刘邦忠心耿耿，固守景陵二十余日，为其他将领打了胜仗后前来支援拖住了时间。
众人凯旋而归，解了曹参景陵之围，一起打退三秦联军，塞王司马欣，翟王董翳望风而降，交还三秦旧地。刘邦忙着收复三秦，项羽也正在收复三齐。刘邦遣使修书，向项羽表明心迹：自己收复关中就心满意足，绝对不会东进，染指六国旧地。
项羽收到了刘邦的书信，于是放心地去追杀田荣。
是时为汉王元年八月（前206年），刘邦手下众将士战功赫赫，而萧何散播出刘邦封坛拜将的消息，众人都以为自己杀敌有功，理应拜将。结果刘邦听从萧何的建议，以韩信为将军，这些跟随汉王出生入死的将士们至此记住了韩信！
后世的演绎把刘邦还定三秦说成是韩信的功劳，还编出了什么“明修栈道、暗渡陈仓”的故事。然而韩信此时只是萧何带回来的一个逃兵，刘邦让他做了将军，是以在还定三秦之战中那些真正出生入死、九死一生的将士们无一不恨韩信。他们觉得不公平啊：凭什么自己辛苦打仗得不到封赏，而大王要封一个逃兵为将军？
从此以往，刘邦对韩信要打，要抓，要杀，武将无人不拍手称快！
汉王元年九月（前206年），张耳被陈馀驱逐，前来投靠汉王，谁知大名鼎鼎的汉王刘邦竟然就是当年曾经投奔他的落魄少年刘季！刘邦以最高的礼节接待张耳，仍旧和众将士围攻废丘
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