里背水列阵的部队迅速会合。赵王歇和陈余误以为汉军真的打了败仗，岂肯轻易放过机会，于是就挥军追击，倾全力猛攻背水阵，企图一举全歼汉军。
汉军士兵看到前有强敌，后有水阻，无路可退，所以人人死战，个个拚命，赵军的凶猛攻势就这样被抑制住了。这时，埋伏在赵军营垒翼侧的汉军二千轻骑则乘着赵军大营空虚无备，突然出击，袭占赵营。他们迅速拔下赵军旗帜，插上汉军战旗，一时间红旗林立，迎风招展，好不威风。
赵军久攻背水阵不下，陈馀不得已只好下令收兵。这时赵军才猛然发现自己大营上插满了汉军红色战旗，老巢已经易手。这样一来，赵军上下顿时惊恐大乱，纷纷逃散。占据赵军大营的汉军轻骑见赵军溃乱，当即乘机出击，从侧后切断了赵军的归路；而韩信则指挥汉军主力全线发起反击。赵军仓皇向泜水方向败退，被汉军追上，结果全部就歼，陈馀被杀，赵王歇和李左车束手就擒。井陉之战，韩信大获全胜。
井陉之战的结局，对楚汉战争的整个进程具有重大的意义。汉军的胜利，使得其在战略全局上渐获优势，即消灭了北方战场上最强劲的敌手，为下一步“不战而屈人之兵”、兵不血刃平定燕地创造了声势和前提，并为东进击齐铺平了道路，从而造就了孤立项羽的有利态势。这虽然是一次战役规模的战争，但却有着战略性质的地位。
井陉之战，韩信取得作战胜利，关键在于他能够充分发挥主观能动性，有计划地制造和利用赵军的错误，巧妙地掌握士卒“兵士甚陷则不惧，无所往则固，深入则拘，不得已则斗”这一心理状态，“陷之死地而后生，置之亡地而后存”，奇正并用，背水列阵，灵活用兵，出奇制胜，速战速决，从而一举全歼赵军，谱写了中国古代战争史上精彩篇章。
灭赵后，韩信准备继续进攻燕国。他召集将领们讨论战法。采纳原赵国谋臣李左车建议，休整兵马，安抚民众，摆出欲强攻燕国之势，再派使臣向燕王陈述利害，遂不战而降燕。齐王田广为阻止韩信军东进，屯兵历下。刘邦遣郦食其游说田广。田广欲降汉，撤去历下守军。
公元前二零三年十月，韩信又用重兵急袭的办法攻破了齐都临淄。田广向楚求救。项羽以龙且率兵号称二十万救援齐国。楚将龙且二十万人马与败退的齐军会师于高密，然后与汉军隔淮水对峙。十一月，韩信与齐、楚联军战于潍水。韩信秘密派人用一万多个沙袋，乘夜在上游把淮水堵住。天明后派部分军队渡过淮水，在侧后攻击楚军，继而佯装溃败。龙且误以为汉军胆怯，率主力渡淮水追击。韩信命部属掘开上游堤坝，将楚军冲成两段，汉军运用半渡而击的办法，把已渡水的楚军全歼，龙且被杀。未渡水的齐楚联军不战自溃。韩信趁势挥军追歼逃敌，俘虏齐王田广，尽占齐地，直接威胁楚都彭城。
韩信攻占齐地后，项羽恐慌万分，连忙派人去游说韩信，以三分天下为条件，希望其反汉联楚，被韩信所拒绝。
此战是楚汉战争的关键一役，韩信灵活用兵，率军东向两千余里，从东、北两面完成了对楚军的战略包围，牵制、分散了楚军，减轻了汉军正面战场压力，同时也获得了大量人力、物力资源，为刘邦获得楚汉战争的最后胜利创造了有利条件。
四年八月，项羽、刘邦划定楚河汉界。
九月，项羽按约东归。
十月，刘邦言而无信，项羽前脚刚走，他就采纳张良、陈平建议，乘项羽无备，率兵出阳夏，同时传令各路诸侯率军西向，在固陵会师。
公元前二零二年，韩信占领了黄河中、下游的广大地区，彭越又在梁地不断骚乱，使楚军供应困难，形势对项羽越来越不利。而汉军方面，萧何不断从关中运送兵员和粮草，支援前线，刘邦兵广粮足，在荥阳以西稳住了阵脚。
五年十月，因韩信、彭越未能如期南下，刘邦追击楚军至固陵，楚军反击，汉军大败。为调动韩信、彭越，刘邦划陈以东至海广大地区为齐王韩信封地；封彭越为梁王，划睢阳以北至谷城为其封地。韩、彭遂率兵攻楚；韩信从齐地南下。
韩信占领楚都彭城和今苏北、皖北、豫东等广大地区，兵锋直指楚军侧背，彭越亦从梁地西进。汉将刘贾会同九江王英布自下城父北上；刘邦则率部出固陵东进、汉军形成从南、北、西三面合围楚军之势，项羽被迫向垓下退兵。
五年十一月，刘邦率兵进入楚地，围攻寿春。又派人诱使驻舒县的楚国大司马周殷叛楚降汉，以舒县兵屠破六县。
五年十二月，刘邦、韩信、刘贾、彭越、英布等各路汉军约计四十万人完成战略部署：以韩信率军居中，将军孔熙为左
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