利用汉军混乱，楚军开始了大规模突围与反击。
见刘邦大营方向火起，季布、钟离昧各率数万骑兵，大张旗鼓地向北、向东“突围”。韩信果然断定项羽主力试图分散逃脱，立即调集大军意图围歼。
当汉军注意力被吸引，方炎亲率数万楚军从垓下西面出击，大张旗鼓虚张声势，摆出主力决战的架势牵制韩信主力。
楚军季布与钟离昧两路骑兵将汉军追兵甩远后，突然合兵一处，猛攻彭越军阵，彭越被项家军阵斩。主帅被斩，彭越军大败北逃。季布立刻率骑兵追击，一路向北顺势收复彭城，并在彭城站稳脚跟。此战一举击溃诸侯联军之一翼。钟离眛则返回垓下与项羽合兵。
袭营战中，项庄、项声所率死士虽大部战死，却意外斩杀刘邦重要谋士陈平，断汉王一臂。同时，诸侯在战斗中的各自为战，特别是彭越溃败时（英布由彭越军营起火判定）汉军方向竟无人救援（刘邦下令死守中军），让英布彻底寒心，恰巧楚军使者至，拿出项羽血书上面写着项氏与英氏共享天下，为了两头下注，九江王英布遂率军离去，刘贾见状亦退兵。诸侯联盟顷刻瓦解。
联军虽散，刘邦与韩信本部三十五万汉军仍具优势。
经过休整一日，第二晚垓下城，方炎率全部楚军七万楚军弃城而逃，趁夜南撤，做出败走江东的姿态。行至阴陵，他亲率六万主力悄然向东北绕行返回垓下，只派万余部队继续东南方向进前往东城，吸引追兵。
韩信大军追至阴陵，询问农夫项羽去向（历史上导致项羽迷路的“田父”）。方炎早已料到，此农夫已被楚军暗中胁迫控制，依计指向左侧，将韩信的二十万大军引入了大泽，延误了战机。
与此同时，楚军通过此前暗中挖掘的地道打开城门，七万楚军突然杀回垓下。刘邦十万汉军猝不及防，丢下大量粮草军械，大败而逃向荥阳方向溃退。安排好1万楚军守城，方炎率领3万骑兵乘势追杀，钟离眛率领3万步卒紧随其后扩大战果，此役收降汉军战俘6万余人。
韩信得知垓下失守、刘邦败逃，只得放弃追击，匆忙回援。
当方炎（项羽）率领得胜之师重返垓下，与守军会合，面对的已是从容回师、严阵以待的韩信二十五万汉军，以及自己麾下经过连番苦战、虽士气大振却也疲惫不堪的十万楚军。
战场态势已然逆转，但远未到高枕无忧之时。韩信，这位兵仙，在经历了中军被袭、盟友离散、君王败逃的一系列打击后，非但没有崩溃，反而迅速收拢部队，稳住了阵脚。他的军队依然训练有素，数量仍是楚军的两倍有余。
一场硬仗，不可避免！
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