五月，汉王退到荥阳，之前战败的各路军队陆续汇集于此。萧何也发动关中地区，把那些年老体弱、原本不必服役的人，全部征调到荥阳，汉军因此士气大振。楚军从彭城出发后，一路乘胜追击，在荥阳南面的京邑、索邑之间，与汉军展开激战。楚军骑兵众多，汉王想选拔军中能担任骑兵将领的人，大家都推举原秦朝的骑兵重泉人李必、骆甲。汉王准备任命他们，李必、骆甲却说：“我们原本是秦朝百姓，恐怕士兵们不信任我们，希望大王派身边擅长骑马的人来辅佐我们。”于是汉王任命灌婴为中大夫，让李必、骆甲担任左右校尉，率领骑兵在荥阳东面迎击楚军骑兵，结果大败楚军。楚军因此无法越过荥阳西进。汉王在荥阳驻扎后，修筑甬道连接黄河，以便从敖仓获取粮食。
周勃、灌婴等人却在汉王面前说陈平的坏话：“陈平虽然外表英俊，像装饰帽子的美玉一样，但肚子里未必有真才实学。我们听说他在家时和嫂子私通；在魏国无法容身，就逃去楚国；在楚国不受重用，又来投奔汉王。现在大王您给他高官厚禄，还让他监督军队。我们听说他收受将领们的贿赂，送钱多的就能得到好的待遇，送钱少的就待遇差。陈平就是个反复无常的乱臣，希望大王明察！”汉王听后起了疑心，找来魏无知责问。魏无知却说：“我推荐他，是因为他有才能；陛下您质疑的，是他的品行。现在即便有人像尾生那样守信、像孝己那样孝顺，但对战争胜负毫无帮助，陛下哪有闲工夫用这样的人？如今楚汉相争，我推荐能出奇谋的人才，只看他的计策是否真的对国家有利。至于和嫂子私通、收受钱财这些事，又有什么值得怀疑的呢？”
汉王又把陈平叫来责问：“你在魏国不受重用，在楚国又离开，现在又来追随我，讲信用的人难道都这么三心二意吗？”陈平回答：“我侍奉魏王，魏王不采纳我的建议，所以我离开了；侍奉项王，项王不信任别人，他重用的不是项氏族人，就是自己妻子的兄弟，即便有奇才也得不到重用。我听说汉王善于用人，所以才来投奔。我孤身一人来，不接受钱财就没办法生活。如果我的计策有可取之处，希望大王采用；如果毫无用处，钱财都在这儿，我愿意封存上交官府，只求您放我一条生路。”汉王听后向陈平道歉，给予丰厚赏赐，还任命他为护军中尉，负责监督所有将领。从此，将领们再也不敢非议陈平了。
魏王豹以回家探望亲人病情为由向汉王请假回去。可他一到魏国，就立刻封锁了黄河渡口，背叛汉王，倒向了楚国。
六月，汉王返回栎阳。
壬午日，汉王立儿子刘盈为太子，同时赦免了一批罪犯。
汉军引来河水灌向废丘城，废丘守不住投降，章邯走投无路，自杀身亡。至此，汉王完全平定了雍地，将其划分为中地郡、北地郡和陇西郡。
此时关中地区遭遇严重饥荒，一斛米的价格高达一万钱，甚至出现了人吃人的悲惨景象。汉王只好下令，让百姓前往蜀地、汉中地区谋生。
当初秦朝灭亡的时候，各路豪杰都争抢金银玉石，只有宣曲的任氏独具慧眼，大量储存粮食。等到楚汉在荥阳对峙，百姓无法耕种，粮食变得奇缺，那些豪杰手中的金银玉石都换不来食物，最后纷纷流入任氏手中。任氏因此发家致富，财富延续了好几代人。
这年秋天八月，汉王前往荥阳，他命萧何留守关中，辅佐太子。萧何负责制定法令、规范秩序，建立宗庙、社稷，修建宫室、县邑。遇到来不及向汉王奏报的事情，萧何可以根据实际情况自行决断，等汉王回来再详细汇报。萧何还统计关中的户口，负责转运粮草、征调兵力，保障前线军队的物资供应，从来没有出现过短缺的情况。
汉王派郦食其去劝说魏王豹，希望他能重新归附，还打算召他前来。但魏王豹根本不听，他说：“汉王待人傲慢无礼，骂诸侯、骂群臣就像骂奴仆一样，我实在不想再见到他！”于是，汉王任命韩信为左丞相，让他和灌婴、曹参一起攻打魏国。
出发前，汉王问郦食其：“魏国的大将是谁？”郦食其回答：“柏直。”汉王不屑地说：“这毛头小子乳臭未干，怎么能敌得过韩信！那骑兵将领是谁？”郦食其说：“冯敬。”汉王说：“他是秦朝将领冯无择的儿子，虽然有点本事，但比不上灌婴。”汉王又问：“步兵将领是谁？”郦食其答：“项佗。”汉王说：“他也不是曹参的对手，我没什么可担心的了！”韩信也问郦食其：“魏国该不会用周叔做大将吧？”郦食其说：“是柏直。”韩信听后轻蔑地说：“不过是个小子罢了！”于是率军出发。
魏王豹在蒲坂部署了大量兵力，封锁临晋渡口，阻挡汉军。韩信见状，故意布置了许多疑兵，表面上大张旗鼓地陈列船只，做出要从临晋渡河的架势，暗地里却派伏兵从夏阳用木制的罂缶当作船只，载着士兵顺流而下，突袭安邑。魏王豹惊慌失措，赶忙带兵迎战韩信。
九月，韩信大败魏军，俘虏了魏王豹，并派人将他押送到荥阳。随后，韩信彻底平定魏地，汉王将这里设置为河东郡、上党郡和太原郡。
汉军在彭城战败向西撤退后，陈馀也察觉到张耳并没有死，于是立刻背叛了汉王。韩信平定魏国后，派人向汉王请求增兵三万人，表示希望能北上攻占燕国、赵国，向东攻打齐国，向南切断楚国的粮草运输通道。汉王同意了他的请求，还派张耳和韩信一起率军东进，向北攻打赵、代两国。闰九月，韩信击败代国军队，在阏与活捉了代国丞相夏说。韩信在攻下魏国、打败代国的过程中，汉王多次派人将他手下的精锐部队调往荥阳，用来抵御楚军。
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