此时，垓下楚军闻项王身死，楚将季布、钟离昧二人易服逃去，余人皆来投降。内有楚将丁公，自恃前在彭城曾经放走汉王，留下人情，以为：“此次汉王见我，定加优待”，遂到汉营求见。谁知，汉王一见丁公，记起前事，即喝令左右将丁公捆绑，巡行各营一周，说是：“丁公为臣不忠，以致项王失了天下。”因命将丁公斩首示众，使后来为人臣者，勿学丁公模样。汉王既斩丁公，其余降将，一律授以官职，命人安抚楚地各城。各城守将，闻风尽皆归服，只有鲁城坚守不下。汉王大怒，自引大军围之，欲待城破，屠其人民。忽闻得围城之中犹有弦歌读书之声，因转念道：“鲁乃礼义之国，或者不知项王果死，故特尽忠坚守？”遂令人持项王首级，与城上人观看。
城上认是项王之头，方始开城迎降。
汉王因怀王初封项羽为鲁公，此次项羽死后，鲁地又最后降，遂命收拾项王尸身，用鲁公礼葬于谷城。汉王亲自设祭，哭泣尽哀而去。所有项氏支属，一概不诛。内中项伯等四人，有功于汉，皆封为列侯，赐姓刘氏。至今河南河阳县有项羽墓。
又安徽和县东北乌江浦，有西楚霸王庙。清人黄景仁有《乌江吊项羽》诗道：愤王遗像黯承尘，已事空悲五裂身。
百二山河销赤炬，八千子弟走青磷。
好寻鬼母挥余泪，自有狮儿作替人。
王气东南来尚早，不须亭长在江滨。
项王已死，各国皆已归汉。惟有临江王共尉，乃共敖之子，嗣父为王，不肯来降，汉王遣刘贾领兵讨平之。汉王自由鲁地回到定陶，驰入韩信营中，再夺其军。因下令道：“义帝无后，新定楚地无人镇抚，齐王韩信熟悉楚国风俗，兹立韩信为楚王，据有淮北之地，建都下邳。立彭越为梁王，据有魏地，建都定陶。又，韩王信前在荥阳为楚兵所擒，后得逃归，仍立为韩王，封以颍川之地。”并下令大赦天下。汉五年春正月，各国国王相聚会议，欲尊汉王为皇帝，遂上疏道：楚王韩信，韩王信，淮南王英布，粱王彭越，故衡山王吴芮，赵王张耳，燕王臧荼，昧死再拜上言大王陛下。先时，秦为无道，天下诛之，大王先入关中，降秦王，存亡继绝，以安万民。功盛德厚，又加惠于诸侯王，有功者皆得分地，而位号同等，无上下之别，何以表着功德，传示后世！谨昧死再拜上帝尊号。汉王见疏，推让道：“寡人闻‘帝号惟贤者始得有之’。
今诸侯王皆推寡人，寡人何以克当？！”诸侯王皆道：“大王起细微，灭乱秦，诛不义，平定天下，德施四海，宜居帝位，天下幸甚！”汉王道：“既承诸侯王厚意，寡人敢不从命！”
于是，诸侯王及太尉卢绾等三百人，与博士叔孙通，议定即位礼节。择二月甲午日，汉王即皇帝位于汜水之阳，是为汉高祖。
下沼追尊刘媪为“昭灵夫人”，立王后吕氏为皇后；太子为皇太子。封故衡山王吴芮为长沙王；故越王无诸为闽越王。命诸侯王各自罢兵归国，高祖自率群臣，定都洛阳。
自从陈胜起兵，天下大乱八年，至此复归统一，成立汉家三百年基业。后人有诗咏道：秦皇雄武并六国，欲立万世帝王业。
销兵铸锯也乱萌，焚书坑儒积威劫。
筑城万里北防胡，戍兵五岭南平粤。
域中驰道几周游，海上仙山劳梦结。
平吞泾渭起阿房，更鉴骊山营墓穴。
一朝命尽沙丘宫，奄竖生心谋篡夺。
泉合鱼烛肉未寒，篝火狐呜难先发。
亡秦岂必定胡人，张楚何期由戍卒。
一夫袒臂万方应，星火涓流势莫遏。
望夷昏主已亡身，轵道降王终屈膝。
环楼绮殿一炬收，金凫银雁骈车出。
沐猴霸王思归乡，斩蛇帝子恨失职。
登坛国士一军惊，传檄三秦期月克。
龙争大野苦未休，鹿逐中原更谁得。
百战百胜势终穷，斗智斗力谋竟获。
未须绛灌夸战功，肯许良平炫奇策。
经营天下岂力征，成败人心关顺逆。
巍巍帝位汜水阳，传世十二年三百。
不阶尺土扫群雄，一代兴王开火德！