项梁听说了田荣的危急情况，携项羽、刘邦等部前往支援东阿，章邯的车骑部队与刘邦所部曹参、周勃等人交战，秦军所占据的蒙县、虞县，爰戚县、东缗县，栗县、啮桑县、亢父县等多个魏地城邑被楚军攻破。楚军往北到达东阿，项梁、项羽、刘邦、田荣、龙且、柴武等人合兵，在东阿城下大败章邯的秦军。
章邯往西撤退，项梁率军追击，田荣等人忙于争夺齐国内部权力，没有继续出兵，齐军撤兵后，只有楚军还在追击秦国败退的部队。项梁派遣刘邦和项羽另率一支军队攻打城阳县，攻屠其城。刘项二人又进军濮阳县东部，章邯再次与刘项交战，又被击败。在东阿、濮阳等战场，章邯所部与刘邦麾下曹参、周勃、樊哙、夏侯婴等人皆有所交锋。章邯收兵退入濮阳城，又再次振兴军势，据守濮阳城，决开河堤放水环护全城。刘邦、项羽就去进攻定陶县，定陶城没有能攻下，刘、项两军撤离，又向西攻取城邑到达雍丘，大破秦军，斩杀了三川郡的郡守李由。
项梁从东阿到达定陶，再次打败秦军，而项羽等人又斩杀了李由，项梁于是更加轻视秦军，出现了骄傲自大的情绪。秦国发动了全部的兵力来增援章邯，章邯趁着夜幕口中衔枚来袭击项梁的军队，在定陶县大败楚军，最终杀死项梁。
章邯击杀项梁后，认为楚地叛军名将已死，余众不足为虑，渡过黄河大败赵军。章邯收降赵将李良，攻破赵都邯郸，迁徙民众到河内，摧毁邯郸的城墙。赵王赵歇、赵相张耳都逃入了巨鹿城，章邯令王离、涉间包围巨鹿城，章邯驻军在他们南面，修筑甬道而输送粟米粮食，赵将陈余统率几万士卒驻扎在巨鹿城北面观望。章邯驻军巨鹿南面的棘原，修筑甬道通往黄河，输送粮饷给王离，王离的军粮充实，加紧攻打巨鹿城。巨鹿城中粮食消耗殆尽兵力也减少，张耳多次派人召集陈余前来，数月后，陈余拨发五千士兵给张黡、陈泽攻秦，被秦军打得全军覆没。