项羽刘邦灭秦之战，是指秦二世二年九月至义帝元年（汉元年十月）（前208年-前206年），由复国的后楚怀王熊心派遣刘邦、项羽等人率领楚军攻灭秦朝的一次重要战役。

秦二世元年(公元前209年)，陈胜、吴广起义反抗暴秦，天下响应者众。项梁、项羽与刘邦、萧何也树起了抗秦大旗。陈胜、吴广兵败，其后项梁阵亡，项羽和刘邦成为抗秦两大首领。公元前208年（秦二世二年）9月，他们率军分进之前，后楚怀王熊心与诸将约定“先入关者王之”。结果，只有10万兵力势弱的刘邦先入关，不敢“王之”；拥有40万大军势强的项羽后入关，挟势分封诸侯，自立为西楚霸王，封刘邦为汉王。

公元前208年，秦将章邯在定陶大破楚项梁军，斩杀了骄傲自负刚愎自用的楚将项梁。后楚怀王熊心见秦兵攻势正锐，遂将楚国的大本营从盱眙迁至彭城(今徐州)。章邯攻袭楚军后，又乘胜进攻邯郸的赵王歇。赵王歇遣使求救于楚。楚军在彭城召开誓师大会，义帝决定兵分两路，一路以宋义为上将，项羽为次将，范增为末将，率楚主力军北上救赵。另一路则由沛公刘邦率军西进，直取关中。

　　公元前207年2月，刘邦趁项羽主力与章邯在赵地决战之时，开始西进。刘邦率部攻洛阳失利后，又转军向南，率军攻宛(今南阳)，大败秦南阳郡守吕齮，接着兵入武关。在丹凤县刘邦的坐骑产下马驹，故刘邦称帝后，后人将丹凤改称为龙驹寨。此后，刘邦率部一路斩关夺隘，连下商邑等地，乘胜屯兵于黑龙口，兵锋已直指秦岭顶上的峣关。此前，秦奸相赵高怕二世胡亥追究败军责任，暗中派人刺杀秦二世胡亥，并拥立子婴为帝。子婴称帝后设计杀死了赵高，后去帝号称秦王，又派重兵把守峣关，企图阻止刘邦的部队西进。刘邦兵被阻于坚城之下，无法前进一步，于是再次听从了谋士张良之计，从黑龙口兵分二路，一路绕峣关，逾篑关大破秦兵于蓝田南，一路郦食其用重金收买峣关守将，待其松懈，一举而下。

10月，沛公刘邦率胜利之师，屯兵霸上，兵锋直指咸阳。刚刚当了46天秦王的子婴，素车白马以绳系颈，向刘邦献上秦传国玉玺符节等，在轵道旁向沛公刘邦投降(秦轵道亭即位与灞桥西侧的不远处)。刘邦率部进入咸阳，他请出三老，取缔秦之暴政，并与秦民约法三章，然后，封秦库，退出秦宫，屯兵霸上，以等待义帝。秦王朝由此灭亡。

历史上有两个楚怀王，本词条楚怀王是指后楚怀王熊心，他是前楚怀王熊槐之孙。